افزایش توان تفکیک ساختار MASH مرتبه دو مبتنی بر GRO و مدولاسیون عرض پالس در ورودی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل

2 عضو هیئت علمی دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

چکیده: با پیشرفت فناوری CMOSسطح ولتاژ منابع تغذیه کاهش و سرعت سوئیچینگ افزایش یافته است. کاهش سطح ولتاژ تغذیه دست­یابی به دقت بالا در مبدل­های داده­ای که در حوزه ولتاژ کار می­کنند را با مشکل روبرو می­سازد. در مقابل افزایش سرعت کلیدزنی موجب کارکرد بهتر مـبدل­های داده مبتنی بر زمان می­شود. در مبدل­های داده مبتنی بر نوسان­­سازهای کنترل­شونده با ولتاژ سیگنال در حوزه زمان کوانتیده می­شود. به­علاوه این مبدل­ها خاصیت ذاتی شکل­دهی نویز دارند. فواید مطرح­شده باعث گردیده است که این مبدل­ها مورد توجه قرار گیرند. ساختارهای مختلفی جهت بهبود عملکرد این مبدل­ها ارائه شده است. در میان این ساختارها، ساختارMASHهم افزایش کارآیی داشته و هم در پیاده­­سازی نیاز به اجزاء قیاسی زیادی ندارد. در این مقاله یک مبدل MASHدو طبقه مبتنی بر GROهای یکسان ارائه شده است که در آن از یک رهیافت جدید جهت بهبود میزان تفکیک­پذیری استفاده شده است. مزیت اصلی طرح پیشنهادی این است که ضمن افزایش تفکیک­پذیری با استفاده از خروجی چندفازه، یک تکنیک جدید در ثبت و تحلیل داده خروجی با پیچیدگی مداری کم پیشنهاد شده است که باعث کاهش حجم سخت­افزاری مورد­نیاز و نیز توان مصرفی نسبت به طرح­های پیشین خواهد شد. به­علاوه در طرح پیشنهادی به دلیل استفاده ازGROهای یکسان در همه طبقات با به­کار­گیری مدولاسیون عرض پالس در ورودی اصلی از نشت نویز از طبقه اول به طبقات بعدی (ناشی از عدم یکنواختی)  و نیز افزوده شدن مؤلفه­های غیرخطی نوسان­ساز اولی درخروجی جلوگیری شده است. 

کلیدواژه‌ها


[1]Radio in 130-nm CMOS,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 39, no. 12, pp. 2278–2291, Dec. 2004.
[2]J. Kim, T. Jang, Y. Yoon and S. H. Cho, “Analysis and design of voltage-controlled oscillator based analog-to-Digital converter,” IEEE Trans. Circuits Syst. I, Reg. Papers, vol. 57, pp. 18–30, Jan. 2010.
[3]J. Kim and S. H. Cho, “A time-based analog-to-digital converter using a multi-phase voltage-controlled oscillator,” in Proc. IEEE Int. Symp.Circuits Syst. , pp. 3934–3937 May 2006.
[4]M. Z. Straayer and M. H. Perrott, “A 10-bit 20 MHz 950 MHz CT ∑∆ ADC with a 5-bit noise-shaping VCO-based quantizer and DEM circuit in 0.13 u CMOS,” in Proc. IEEE Int. Conf. VLSI Des. , pp.246–247 Jan. 2007.
[5]M. Z. Straayer and M. H. Perrott, “A 12-bit, 10 MHz bandwidth, continuous-time ∑∆ ADC with a 5-bit, 950 MS/s VCO-based quantizer,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 43, no. 4, pp. 805–814, Apr. 2008.
[6]L. Hernandez, S. Paton and E. Prefasi, “VCO-based sigma delta modulator with PWM precoding,” Electron. Lett., vol. 47, no. 10, pp. 588–589, 2011.
[7]S. Rao, “A 71 dB SFDR open loop VCO-based ADC using 2-level PWM modulation,” in Proc. IEEE Symp. VLSI Circuits Dig. Tech. Papers, pp. 270–271, Jun. 2011.
[8]L. Hernandez, “VCO based multi-stage noise shaping ADC,” Electron. Lett., vol. 48, no. 4, pp. 206–208, Feb. 2012.
[9] Y. Wonsik and K. Jaewook, “A Time-Domain High-Order MASH ∆∑ ADC Using Voltage-Controlled Gated-Ring Oscillator,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Reg. Papers, vol. 60, pp. 856–866, Apr. 2013.
[10]I. Kazi, Low Power Current Mode sigma-delta ADC using a Ring Oscillator based Quantizer, Master thesis, Royal Institute of Tech., Sweden, 2012.
[11]M. Z. Straayer and M. H. Parrott, “A multi-path gated ring oscillator TDC with first-order noise shaping,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 44, no. 4, pp. 1089–1098, Apr. 2009.
[12]D. Johns and K. Martin, Analog Integrated Circuit Design. New York: Wiley, 1997.
[13]Z. Song and D. Sarwate, “The frequency spectrum of pulse width modulated signals,” Signal Processing, no.10, pp. 2227-2258, Oct. 2003.
[14]M. Z. Straayer, Noise Shaping Techniques for Analog and Time to Digital Converters Using Voltage Controlled Oscillators, Ph.D thesis, MIT, Cambridge, MA, 2008.
[15]R. Navid, T. H. Lee and R. W. Dutton, “Minimum achievable phase noise of RC oscillators,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 40, no. 3,pp. 630–637, Mar. 2005.