طراحي مدولاتور سيگما-دلتا مرتبه دوم با دقت بسيار بالا و توان مصرفي كم براي كاربردهاي پزشكي

Design and Simulation of Second Order Sigma-Delta Modulator with Very High Precision and Low Power Consumption for Medical Applications

در اين مقاله، يك مدولاتور سيگما-دلتاي مرتبه دوم ارائه شده است كه براي كاربردهاي پزشكي مناسب مي باشد. استفاده از مدارهاي تقويت كننده و مقايسه كننده توان-پائين كه به ترتيب در انتگرال گير و كوانتايزر به كار گرفته شده اند، سبب كاهش قابل ملاحظه توان مصرفي مدولاتور به عنوان يكي از الزامات اساسي در تجهيزات پزشكي شده است. "نسبت سيگنال به نويز و اعوجاج" در مدولاتور ارائه شده، 102/44 به دست آمده است كه معادل با 16/72 بيت است كه دقت بالايي محسوب مي شود. ساختار سيستمي مدولاتور مرتبه دوم در نرم افزار متلب و شبيه سازي مداري آن در محيط نرم افزار Cadence و با استفاده از تكنولوژي 180 نانومتر شبيه سازي شده است. با مقايسه مدولاتور سيگما-دلتاي ارائه شده با كارهاي مشابه، مشاهده مي شود كه اين مدولاتور از نظر توان مصرفي و دقت، عملكرد بهتري دارد. براي انجام مقايسه جامع تر و به دست آوردن ديد بهتر از عملكرد كلي مدار در اين مقاله يك ضريب شايستگي با درنظر گرفتن مصرف توان كل، تعداد بيت موثر و پهناي باند مدولاتور ارائه شده است.

In this paper, a second order sigma delta modulator is presented that is suitable for medical applications. Using the amplifier and comparator circuits with low power consumption, which are utilized in integrator and comparator, respectively, the power consumption of this modulator has significantly decreased; as one of essential requirements for medical devices. SNDR of the proposed modulator is obtained 102.44 dB which is equal to 16.72 bit implying a high accurate structure. System level analysis and circuit level simulation of the modulator are performed at Matlab and Cadence software, respectively. 180nm CMOS technology is utilized for simulation of the circuit. Comparing the proposed Sigma-Delta modulator with similar works reveals the superior performance of this proposed architecture considering the power consumption and accuracy. In order to accomplish a comprehensive comparison and achieve an overall insight into the performance of the circuit a figure of merit (FOM) is presented including modulator's total power consumption, effective number of bits and bandwidth.