İKİNCİ DERECE DELTA-SİGMA MODÜLATÖR TASARIMI

... konulu sunumlar: "İKİNCİ DERECE DELTA-SİGMA MODÜLATÖR TASARIMI"— Sunum transkripti:

1 İKİNCİ DERECE DELTA-SİGMA MODÜLATÖR TASARIMI
Murat DOĞU Bölümü: Elektronik Mühendisliği Danışmanı: Yar. Doç. Dr. Devrim Yılmaz AKSIN

2 İçindekiler ΔΣ Temel Özellikler İkinci Derece Delta-Sigma Modülatör
Fazla Örnekleme (Oversampling) Gürültü Şekillendirme (Noise Shaping) İkinci Derece Delta-Sigma Modülatör İkinci Derece Modülatör Simulink Modeli Tranzistör Seviyesinde Tasarım Kuvvetlendirici Tasarımı Komparator Tasarımı Anahtar Tasarımı Saat İşareti Üreteci Tasarımı Modülatör Sisteminin Kurulması Kaynaklar Ekler

3 Fazla Örnekleme (Oversampling)
Alçak Frekansta Örnekleme Yüksek Frekansta Örnekleme

4 Gürültü Şekillendirme (Noise Shaping)
Birinci Derece Delta-Sigma Modülatör Gürültü şekillendirmeyi sağlar Örnekleme Frekansını 2 katına çıkarmak: Tek başına 0.5 bit 1. Derece ΔΣ ile 1.5 bit 2. Derece ΔΣ ile 2.5 bit fazladan çözünürlük sağlar. Gürültü Transfer Fonksiyonları [1]

5 İkinci Derece Delta-Sigma Modülatör

6 İkinci Derece Modülatör Simulink Modeli
Modülatör Giriş ve Çıkış İşaretleri Yakınlaştırılmış Grafik

7 İkinci Derece Modülatör Simulink Modeli
DC Giriş Cevabı İkinci Derece Modülatör PSD Grafiği Ölçülen SNR değeri 99.7 dB [-1.1, 1.1] giriş aralığında modülatör düzgün çalışmaktadır.

8 Simülasyon Sonuçları Model üzerinde bazı değişiklikler yapılarak, uygulamada karşılaşılan genel idealsizlikler modellenmiş, buna göre kurulacak olan devrede elemanların sahip olması gereken özellikler belirlenmiştir. Sunum kapsamında sadece bunların sonuçlarına yer verilmiştir. Kuvvetlendirici DC Kazancı > 55 dB Kuvvetlendirici Kazanç-Band Genişliği > 40 MHz Yükselme Eğimi > 250 M V/s Örnekleme Kapasitesi ≥ 1 pF

9 Kuvvetlendirici Tasarımı
Aynalama Devresi Giriş Katı Katlanmış Kaskod Katı Ortak Taban Geribesleme (Common Mode Feedback) Devresi

10 Kuvvetlendirici Performansı
Kuvvetlendirici AC Cevabı Diferansiyel çıkış için - 81 dB DC kazanç 2 pF yük kapasitesi için 187 MHz band genişliği 5.28 mW güç harcaması Birim Geribeslemeli Durumda Sinüs Cevabı

11 Ön Kuvvetlendirici Kısmı
Komparator Tasarımı Ön Kuvvetlendirici Kısmı Tutucu Kısmı

12 Komparator Giriş, Çıkış ve Saat İşareti Grafikleri

13 Anahtar Tasarımı Transmisyon Kapısı
Örnekleme yaparken oturma zamanını anahtar direnci ile örnekleme kapasitesinin RC zaman sabiti belirler. 5 ns oturma zamanı için, 2 pF örnekleme kapasitesi için anahtar direnci 125 Ω olmalıdır. Buna göre tranzistör büyüklükleri NMOS 8/0.35 µm, PMOS 24/0.35 µm olacak şekilde seçilmiştir.

14 Saat İşareti Üreteci Tasarımı
Örtüşmeyen Saat İşaretlerini Üretmek için Kullanılan Yapı Komparator Tetikleme İşaretini Üretmek için Kullanılan Yapı

15 Üretilen Saat İşaretleri
S1, S2, S3, S4 ve PHI Örtüşmeyen Saat İşaretleri S1, S3 (300 ps gecikme)

16 Modülatör Sisteminin Kurulması
İkinci Derece Delta-Sigma Modulatör Devre Şeması [2] C1 = 1 pF C2 = 2 pF

17 Modülatör Dalga Şekilleri
Birinci İntegratör Giriş ve Çıkış İşaretleri Komparator Çıkışı

18 Modülatör Performansı
Sistem Çıkışı PSD Grafiği SNR değeri 84.7 dB ölçülmüştür, 13.7 bitlik çözünürlüğe karşı düşmektedir. Daha iyi performans için kuvvetlendirici tasarımı iyileştirilmelidir.

19 Kaynaklar [1] Schreier, R., “The Delta-Sigma Toolbox Version 7.3”, Matlab Central, 2009. [2] Brandt, B., Wingard, D., “Second Order Sigma-Delta Modulation for Digital Audio Signal Acquisation”, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 23, No.6, Aralık 1988.

20 Ekler

21 Ekler

22 Ekler

23 Ekler

24 Örnekleme Zamanı Belirsizliği
Ekler Örnekleme Zamanı Belirsizliği

25 Doğrusal Olmayan Örnekleme
Ekler Doğrusal Olmayan Örnekleme

26 Ekler Örnekleme Gürültüsü

27 Kuvvetlendirici Sonlu Kazancı
Ekler Kuvvetlendirici Sonlu Kazancı

28 Kuvvetlendirici Sonlu Oturma Zamanı
Ekler Kuvvetlendirici Sonlu Oturma Zamanı

29 Doğrusal Olmayan Kuvvetlendirici Kazancı
Ekler Doğrusal Olmayan Kuvvetlendirici Kazancı

30 Kuvvetlendirici Gürültüsü
Ekler Kuvvetlendirici Gürültüsü

31 Kuvvetlendirici Ofseti
Ekler Kuvvetlendirici Ofseti

32 Kuvvetlendirici Doyumu
Ekler Kuvvetlendirici Doyumu