طراحی و شبیه سازی مبدل های آنالوگ به دیجیتال سیگما-دلتای صوتی با دقت بالا
چکیده
مزیت های عمده پردازش سیگنال های دیجیتال نسبت به سیگنال های آنالوگ باعث شده اند که تکنولوژی مدارهای مجتمع دیجیتال توسعه داده شوند. امروزه پایین آوردن ولتاژ منبع تغذیه و کاهش مساحت لازم برای ساخت تراشه مورد نظر هستند. طراحی مدارهای آنالوگ نیز، بایستی با ولتاژهای تغذیه پایین در کنار مدارهای دیجیتال در داخل یک تراشه صورت گیرند. مبدل های آنالوگ به دیجیتال صوتی نیاز به دقت بالا دارند. تاکنون مبدلهای آنالوگ به دیجیتال صوتی با دقت 18 بیت فقط با منابع تغذیه 5 ولت طراحی شده اند. در این پایان نامه هدف طراحی و شبیه سازی یک مبدل سیگما-دلتا با دقت 18 بیت با استفاده از یک منبع تغذیه 3/3 ولتی است. ابتدا ساختارهای مختلف مدولاتورهای سیگما-دلتایی که می توانند دقت 18 بیت را تنها با منبع تغذیه 3/3 ولت برآورده سازند، در سطح سیستمی بررسی می شوند. ساختار مدولاتورهای کسکیدی که برای دقت 18 بیت مفید هستند، برای دست یافتن به سطح بیش بار شدگی بالا، بهبود داده شده ند. لازم به تذکر است که سطح بیش بار شدگی بالا برای مبدلهایی که دقت آنها توسط نویز مداری محدود می شود، ضروری است. مدولاتور بهینه با توجه به توان مصرفی ساختارهای فوق الذکر انتخاب می شود. مدولاتور کسکید 2-2 انتخاب شده با نسبت بیش نمونه برداری 128 دارای ضریب بیش بارشدگی -0.6dbfs- است. با استفاده از تکنولوژی در دسترس و به کم خصوصیات مداری بدست آمده از شبیه سازی های سیستمی به طراحی مداری بلوک های سانزده مدولاتور پرداخته می شود. یک تقویت کننده عملیاتی دو طبقه که طبقه اول آن ota تلسکوپیک و طبقه دوم آن یک تقویت کننده زوج تفاضلی است، انتخاب شده است. این ota دارای بیشترین سوئینگ و کمترین نویز مداری است. توان مصرفی آن مینیمم و تمام مسیر سیگنال nmos است. از طرح کسکود-میلر برای جبران سازی این ota استفاده شده است که نسبت به جبران سازی استاندارد میلر دارای سرعت بیشتری است. مدار cmfb آن از نوع سوئیچ شونده خازنی است. یک تقویت کننده زوج تفاضلی ساده برای داشتن بهره کافی در مدار cnfb به آن اضافه شده است. مدولاتور کسکید 2-2 با استفاده از تکنولوژی 0.6um, 5v digital, cmos در سطح مداری به کمک نرم افزار hspice شبیه سازی شده است. تمام شبیه سازی ها در محدوده دمایی -40c الی 85c با 10%+- تغییرات منبع تغذیه در گوشه های مختلف پروسس انجام گرفته اند. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که مدولاتور طراحی شده دارای بالاترین ضریب بیش بارشدگی است. محدوده دینامیکی و sndr ماکزیمم به ترتیب حدود 114 دسیبل و 110 دسیبل هستند. مقدار توان مصرفی آن حدود 65 میلی وات بدون در نظر گرفتن بافرهای خروجی است. ضمنا فیلترهای decimation نیز در سیستمی طراحی و شبیه سازی شده اند.