بهبود SNDR با بهينه سازي ضرايب مسيرهاي فيدبك مدولاتورهاي CRFB مرتبه دوم در مبدل‌هاي آنالوگ به ديجيتال سيگما-دلتا

Improvement of SNDR using Optimization of Feedback Path Coefficients for Second Order CRFB Modulators in Sigma-Delta Analog to Digital Converters

مبدل هاي آنالوگ به ديجيتال از نظر فركانس نمونه برداري به دو دسته كلي ، مبدل هاي با نرخ نايكوئيست و مبدل هاي بيش نمونه برداري تقسيم مي شوند.در مبدل هاي بيش نمونه برداري سيگنال ورودي با چندين برابر نرخ نايكوئيست نمونه برداري مي شود. افزايش نسبت بيش نمونه برداري منجر به افزايش رزولوشن موثر مي شود در مقابل براي سيگنالهاي باند وسيع استفاده از نسبت بيش نمونه برداري بالا به خاطر نياز به فركانسهاي نمونه برداري و توان مصرفي بالا، غير عملي است.افزايش تعداد بيتها نيز باعث افزايش محدوده ديناميكي مي گردد در مقابل DACچند بيتي مورد نياز در مسير فيدبك خطي نمي باشد. در اين مقاله يك مبدل آنالوگ به ديحيتال سيگما دلتا با دقت 12بيت ،منبع تغذيه 1V و فركانس نمونه برداري MS/s 2.4 براي كاربردهاي توان پايين طراحي كرديم.از سوي ديگرافزايش سطوح كوانتيزاسيون(تعداد بيت كوانتايزر) باعث كاهش توان نويز داخل باند سيستم مي شود و حاصل آن بهتر شدن نسبت سيگنال به نويز، پايداري و عدم نياز به افزايش نسبت فوق نمونه برداري است.ما با انتخاب ضرايب فيدبك بهينه در اين مدولاتور توانستيم به SNDRبالايي دست يابيم . ساختار پيشنهادي در فن آوري CMOS 0.18µm طراحي شده و نتايج شبيه سازي نشان مي‌دهد كه به ازاي ولتاژ تغذيه‌ي1V نسبت سيگنال به نويز 71.3 dB و توان مصرفي 451µW و رقم شايستگي (pJ/Conver.step) 3.76بدست مي‌آيد.

Analog to digital converters are divided into two categories, Nyquist rate converter and oversampling converter, in terms of sampling frequency. At oversampling converter, input signal are sampled at several times the Nyquist rate. Increasing the over sampling rate leads to an increase in effective resolution, but although the use of high sampling rate for wide band signals is impractical due to the need for high sampling frequency and power consumption. Increasing the number of bits also increases the dynamic range as opposed to the multi-bit DAC required in the linear feedback path. In this paper, we designed sigma delta structure with 12 bit resolution, 1-v power supply for low power applications. on the other hand, increasing levels of quantization(number of bits) causes the reduction in-band noise power of the system, as well as the modulator stability improves without need increasing oversampling ratio. The maximum value of a signal-to-noise-and-distortion ratio(SNDR) will be achieved by means of choosing appropriate feedback coefficients. Simulation results of a 12-bit,2.4-MS/s , and 1-v proposed structure in a 0.18-µm CMOS technology show a signal-to-noise-and-distortion ratio (SNDR) of 71.3 dB, a power consumption of 451µW, and figure of merit 3.76(pJ/Conver.step.)