High performance adaptive sigma delta modulator designs
Yüksek performanslı uyarlanabilir sigma delta modülatör tasarımları
- Tez No: 255902
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜNHAN DÜNDAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 66
Özet
VLSI teknolojisindeki gelişmeler yüksek hızda çalışan veri dönüştürücülerin geliştirilmesine imkan vermiştir. Geleneksel veri dönüştürücüleri ile karşılaştırıldığında, sigma delta modulatörler çözünürlük için yüksek örnekleme hızlarına sahiptir ve analog devre idealsizliklerine daha az duyarlıdır.Sigma delta dönüştürücüler avantajlarının yanı sıra beraberinde zorlukları da getirmektedir. Örnekleme frekansının artışı ile, döngü filtresindeki parazitik kutuplar veya kuantalayıcının gecikmesi gibi ikincil derece etkiler modülatörün performansını etkilemektedir. Bir diğer dezavantaj ise çözünürlükte azalmaya sebep olan sigma delta modulatörlerin toplayıcısındaki doyma sınırlamasıdır. Bu problemlerin üstesinden gelmek için mimari ya da devre seviyesinde çözümler üzerinde çalışılmalıdır.Bu tezde, toplayıcı bloğundaki doyum problemi tartışılmıştır. Tümlev alıcı bloğu içinde kullanılan işlemsel güçlendiricinin doyum problemi Sigma-Delta modülatörlerinin dinamik giriş işaret aralığını etkilemektedir. Bu sınırlama, hatalı modulatör çıkışlarıyla sonuçlanmaktadır. Sonuç olarak, doygunluk etkisi öyle bir yöntem ile elenmelidir ki tümlev alıcı bloğu doygun alana girmemelidir. Analizler iki farklı seviyede yapılmıştır.İlk önce, modülatorün transistör idealsizlikleri gözardı edilip davranışsal seviyede analizleri yapılarak performansı gözlenmiştir. Bu tezde, uyarlanabilir bir modülatör yapısı önerilmiştir. Ayrıca, önerilen yapının doğrulanabilirliğini önceden belirleyebilmek için transistör seviyesinde uygulanmadan önce bu uyarlanabilir mimarinin davranışsal modellerle analizleri yapılmıştır.Uyarlanabilir mimari, içinde bir mantık devresi bulundurmaktadır. Bu mantık devresi tümlev alıcının çıkışı doygum seviyesine yaklaştığında tetiklenmekte ve fazladan bir kapasitansı tümlev alıcının geri beslemesine bağlamaktadır. Bu fazladan kapasitansın yardımı ile, tümlev alıcının kazancı kapasitansın büyüklüğüne bağlı olarak azalmaktadır.Önerilen uyarlanabilir mimari davranışsal tanımlı bileşenlerle test edilmiş ve neticesinde uyarlanabilir modülatorün uygulanan giriş işaret aralığı gözönünde bulundurularak daha iyi bir işaret-gürültü oranına sahip olduğu belirlenmiştir.Davranışsal seviyede yapılan analizlerle performanstaki iyileşme doğrulandıktan sonra, ikinci aşama olarak uygulama transistör seviyesindeki bileşenler ile 0.35 um AMS teknolojisi kullanılarak yapılır.Modülatörü oluşturan tüm elementler transistör seviyesinde tasarlanmış ve ayrı ayrı test edilmiştir. Transistör seviyesinde tasarlanmış elementler modülatöre tek tek eklenmiştir. Davranışsal seviyede yapılmış uyarlanabilir ve uyarlanabilir olmayan mimari analizleri transistör seviyesi elementler ile tekrarlanmıştır.Sonuç olarak, transistör seviyesinde yapılan analiz sonuçları da önerilen uyarlanabilir mimarinin uyarlanabilir olmayan mimariye kıyasla işaret-gürültü performansı açısından daha iyi olduğunu desteklemektedir. Bu nedenle, önerilen uyarlanabilir modulatör çözünürlük bozulmasına alternatif bir çözüm sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Improvements in VLSI technology enabled data converters with increased speed. When compared to conventional converters, sigma delta modulators have a higher sampling speed for resolution; and they are less sensitive to analog circuit non-idealities.Despite their advantages, sigma delta converters have their own challenges . As the sampling frequency increases the second order effects such as parasitic poles in the loop filter or delay of the quantizer affect the performance of the modulator. Another drawback of the SD modulator is the saturation level limitation of the integrator which has a degradation effect on resolution. To overcome these problems, architectural or circuit level solutions should be studied.In this thesis, saturation problem of the integrator block will be discussed. Saturation problem of the Operational Amplifier that is used in the integrator block affects the dynamic input signal range of Sigma-Delta modulators. This limitation results in inaccurate outputs of the modulator. Consequently, the saturation effect should be eliminated in such a way that the integrator block of the modulator should not enter the saturated region. The analysis is carried out in two different levels.First, analysis is carried out at behavioral level to see the performance of the modulator excluding the transistor nonidealities. In this thesis, an adaptive modulator structure is proposed. Also, the analysis with this adaptive architecture is done with behavioral models to see the feasibility of the proposed structure before implementing it in transistor level.The adaptive architecture includes an additional logic circuitry. This logic circuitry is triggered whenever the output of the integrator is getting close to the saturation levels and connects an extra capacitance to the feedback of the integrator. By the help of this extra capacitance, the gain of the integrator is decreased dependent on the size of this capacitor.The proposed adaptive architecture is tested with behaviorally defined components and the result turned out to be that the adaptive modulator has a better SNR performance with respect to applied input signal range.After verifying the improvement in performance with behavioral level analysis, implementation is made with transistor level components using 0.35 um AMS technology.All elements that compose the modulator are designed at transistor level and tested individually. These transistor level designed elements are inserted to the modulator one by one. Adaptive and non-adaptive architecture behavioral level analysis are repeated with transistor level elements.Finally, the analysis results of the analysis done at transistor level also supports that adaptive architecture has a better SNR performance with respect to dynamic input signal range compared to non-adaptive architecture. Thus, the proposed adaptive modulator presents an alternative solution to the resolution degradation.
Benzer Tezler
- High performance adaptive sigma delta modulator designs
Yüksek performanslı uyarlamalı sıgma delta modülatör tasarımları
YİĞİT DAĞHAN GÖKDEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNHAN DÜNDAR
- Adaptive bias and class AB operational amplifier topologies for sigma delta converters
Sigma delta çeviriciler için uyarlanabilir kutuplamalı ve AB sınıfı işlemsel kuvvetlendirici topolojileri
TAYYAR OĞUZ KARADUMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNHAN DÜNDAR
- Capacitive cmos readout circuits for high performance MEMS accelerometers
Yüksek performans MEMS ivmeölçerler için sığasal cmos okuma devreleri
REHA KEPENEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
YRD. DOÇ. DR. HALUK KÜLAH
- Adaptive robust attitude controller design for a quadrotor platform
Quadrotor platformları için uyarlanabilir ve gürbüz açısal konum kontrolcü tasarımı
EMRE YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ TÜRKER KUTAY
- Elektrikli araçlardaki lityum-iyon bataryalar için modelleme ve şarj durumunun kestirimi
Modelling and state of charge estimation for lithium-ion batteries in electric vehicles
KENAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA DOĞAN