DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347020110035
Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ по подписке
Моделирование спектра выходного сигнала СДМ без применения и с применением DEM

Сигма-дельта АЦП по технологии КНИ для работы при высоких температурах

Александр Станиславович Коротков, Дмитрий Валерьевич Морозов, Михаил Михайлович Пилипко, Михаил Сергеевич Енученко

Аннотация


В работе рассмотрена разработка интегральной схемы и результаты измерений тестовых кристаллов для сигма-дельта АЦП с разрядностью 12 бит на основе 180 нм технологии «кремний–на–изоляторе» (КНИ) компании X-FAB. При напряжении питания 3,3 В и тактовой частоте модулятора 10 МГц АЦП обрабатывает входные сигналы в полосе частот до 100 кГц в диапазоне температур –40…+175 °С. Схема содержит предварительный фильтр нижних частот пятого порядка на переключаемых конденсаторах для ограничения спектра входного сигнала, каскадное соединение сигма-дельта модуляторов второго порядка, и цифровой децимирующий фильтр для снижения тактовой частоты в 48 раз. Основные блоки ограничивающего фильтра и модулятора собраны по балансной схеме на интеграторах на основе операционных транскондуктивных усилителей с полосой единичного усиления 63 МГц. Для расширения динамического диапазона преобразователя использована схема динамического согласования элементов, которая уменьшает уровень нелинейных искажений в цифро-аналоговых преобразователях в цепях обратных связей модулятора. Обеспечено значение параметра SINAD не хуже 68 дБ при преобразовании сигнала с дифференциальной амплитудой 500 мВ на частоте 100 кГц.

Ключевые слова


аналого-цифровой преобразователь; сигма-дельта АЦП; высокая температура; цифро-аналоговый преобразователь; динамическое согласование элементов; кремний-на-изоляторе; интегральная схема; цифровой фильтр; схемы на переключаемых конденсаторах

Полный текст:

PDF

Литература


А. Коротков, Д. Морозов, М. Пилипко, И. Пятак, Д. Буданов, “Аналого-цифровые преобразователи для беспроводных систем связи: опыт разработки,” Электроника: наука, технология, бизнес, no. 2, pp. 40–47, 2016, uri: https://www.electronics.ru/journal/article/5133.

В. С. Голуб, “Сигма-дельта модулятор: уточнение эквивалентной схемы и передаточной функции,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 53, no. 6, pp. 48–57, 2010, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347010060063.

А. С. Бенедиктов, Н. А. Шелепин, П. В. Игнатов, А. А. Михайлов, А. Г. Потупчик, “Исследование динамических характеристик высокотемпературных элементов КНИ КМОП СБИС, ‘микроэлектроника,’” Микроэлектроника, no. 3, pp. 222–225, 2018, doi: https://doi.org/10.7868/S0544126918030067.

J. Pathrose, C. Liu, K. T. C. Chai, Y. Ping Xu, “A time-domain band-gap temperature sensor in SOI CMOS for higherature applications,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 62, no. 5, pp. 436–440, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2014.2386231.

M. Malits, I. Brouk, Y. Nemirovsky, “Temperature sensing circuits in CMOS-SOI technology,” in 2017 IEEE International Conference on Microwaves, Antennas, Communications and Electronic Systems, COMCAS 2017, 2017, vol. 2017-Novem, pp. 1–5, doi: https://doi.org/10.1109/COMCAS.2017.8244788.

L. Pedala, U. Sonmez, F. Sebastiano, K. A. A. Makinwa, K. Nagaraj, J. Park, “An oxide electrothermal filter in standard CMOS,” in 2016 IEEE SENSORS, 2016, pp. 1–3, doi: https://doi.org/10.1109/ICSENS.2016.7808512.

H. Shan, J. Peterson, M.-S. Tsai, Y. Tang, N. J. Conrad, S. Mohammadi, “A low power cmos temperature sensor frontend for RFID tags,” in 2018 IEEE 18th Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems (SiRF), 2018, pp. 15–18, doi: https://doi.org/10.1109/SIRF.2018.8304217.

F. Gerfers, N. Lotfi, E. Wittenhagen, H. Ghafarian, Y. Tian, M. Runge, “Body-bias techniques in CMOS 22fdx® for mixed-signal circuits and systems,” in 2019 26th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS), 2019, pp. 466–469, doi: https://doi.org/10.1109/ICECS46596.2019.8964676.

А. С. Коротков, М. М. Пилипко, Д. В. Морозов, Й. Хауэр, “Дельта-сигма модулятор с частотой дискретизации 50 МГц на основе 0.18 мкм КМОП технологии,” Микроэлектроника, vol. 39, no. 3, pp. 230–240, 2010, uri: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=13857239.

J. M. de la Rosa, R. Schreier, K.-P. Pun, S. Pavan, “Next-generation delta-sigma converters: trends and perspectives,” IEEE J. Emerg. Sel. Top. Circuits Syst., vol. 5, no. 4, pp. 484–499, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/JETCAS.2015.2502164.

B. Razavi, “The delta-sigma modulator [a circuit for all seasons],” IEEE Solid-State Circuits Mag., vol. 8, no. 2, pp. 10–15, 2016, doi: https://doi.org/10.1109/MSSC.2016.2543061.

M. Соника, Д. Д. Неема, Р. Н. Пател, “Конструкции многобитного сигма-дельта модулятора,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 6, p. 3, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016060017.

A. S. Kozlov, M. M. Pilipko, “A second-order sigma-delta modulator with a hybrid topology in 180nm CMOS,” in 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 2020, pp. 144–146, doi: https://doi.org/10.1109/EIConRus49466.2020.9039246.

G. Jovanovic Dolecek, J. R. Garcia Baez, M. Laddomada, “Design of efficient multiplierless modified cosine-based comb decimation filters: analysis and implementation,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 64, no. 5, pp. 1051–1063, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2017.2653720.

Q. Huang, P. Wan, X. Xie, C. Wang, L. Su, Z. Chen, “Digital filter design of a high resolution audio sigma-delta adc,” in 2018 12th IEEE International Conference on Anti-counterfeiting, Security, and Identification (ASID), 2018, pp. 208–211, doi: https://doi.org/10.1109/ICASID.2018.8693141.

Д. В. Морозов, М. М. Пилипко, Д. О. Буданов, М. С. Енученко, “Операционный транскондуктивный усилитель с дифференциальным выходом,” RU 2683185, 2019.

R. T. Baird, “Linearity enhancement of multibit ΔΣ a/d and d/a converters using data weighted averaging,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Analog Digit. Signal Process., vol. 42, no. 12, pp. 753–762, 1995, doi: https://doi.org/10.1109/82.476173.

V. O’Brien, B. Mullane, “High order mismatch shaping for low oversampling rates,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 67, no. 1, pp. 42–46, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2019.2904180.

J. R. Shakya, G. C. Temes, “Efficient calibration of feedback DAC in delta sigma modulators,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 67, no. 5, pp. 826–830, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2020.2984025.

В. И. Слюсар, М. В. Бондаренко, “Методы оценивания джиттера АЦП в некогерентных системах,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 54, no. 10, pp. 19–28, 2011, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347011100037.

W. Kester, The Data Conversion Handbook. Oxford: Newnes, 2005, uri: https://www.analog.com/en/education/education-library/data-conversion-handbook.html#.


Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM





© Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника, 2004–2021
При копировании активная ссылка на материал обязательна
ISSN 2307-6011 (Online), ISSN 0021-3470 (Print)
т./ф. +38044 204-82-31, 204-90-41
Условия использования сайта