Экономное моделирование и реализация генератора тестовых сигналов для определения характеристик сигма-дельта АЦП в непрерывном времени

Автор(и)

  • Анил Кумар Саху Инженерно-технологический факультет SSGI, Індія https://orcid.org/0000-0002-8193-2146
  • Вивек Кумар Чандра Технологический институт Чхатрапати Шиваджи, Індія
  • Г. Р. Синха Международный институт информационных технологий, Індія

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347019050066

Ключові слова:

вычисление гистограммы, сигма-дельта модулятор, генератор управляющего воздействия, TSG, CORDIC, BIST, ORA, SDM

Анотація

В настоящее время существует огромное количество различных приложений, связанных с беспроводной связью, что выдвигает специфические требования к микросхемам обработки смешанных сигналов. Когда эти независимые схемы применяются в конструкции АЦП и ЦАП, значительно возрастает сложность тестирования. Для уменьшения этой сложности традиционно используется BIST-технология, которая предотвращает функциональную зависимость от дорогого тестового оборудования АТЕ. Кроме того, в системе встроенного самотестирования BIST (Built-In-self-Test) анализатор выходного отклика ORA (Output Response Analyzer) является наиболее важным элементом архитектуры сигма-дельта аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) в непрерывном времени CT (continuous time). Существует множество алгоритмов ORA для точного определения параметров конструкции, таких как интегральная нелинейность INL (integral non-linearity), дифференциальная нелинейность DNL (differential non-linearity) и отношение сигнал–шум SNR (signal-to-noise ratio). В данной работе используется современный метод CORDIC, который используется в качестве ORA. Для точного имитационного моделирования этого метода использованы программные компоненты Matlab simulink и CADENCE VIRTUOSO EDA. Показано, что метод цифрового вычислителя поворота системы координат CORDIC (Coordinate Rotation Digital Computer) использован для уменьшения сложности конструкции независимых схем. Конструкция АЦП также может быть значительно улучшена с помощью BIST. В данной работе рассмотрено на системном уровне моделирование тестового генератора управляющего воздействия TSG (test stimuli generator) и его моделирование для точного определения сигналов сигма-дельта АЦП высокого разрешения. Успешная реализация протестирована в среде Matlab simulink. Автоматическая проверка аппаратуры внешнего тестирования необходима для испытания интегрированных структур. Реализованный TSG помогает вычислить статистику и параметры передачи, требуемые для получения характеристик СТ сигма-дельта АЦП.

Посилання

Lin, C.-H.; Wu, A.-Y. “Mixed-scaling-rotation CORDIC (MSR-CORDIC) algorithm and architecture for high-performance vector rotational DSP applications,” IEEE Trans. Circuits Systems I: Regular Papers, Vol. 52, No. 11, p. 2385-2396, 2005. DOI: https://doi.org/10.1109/TCSI.2005.853908.

Maharatna, K.; El-Shabrawy, K.; Al-Hashimi, B. “Reduced Z-datapath CORDIC rotator,” Proc. of IEEE Int. Symp. on Circuits and Systems, 18-21 May 2008, Seattle, USA. IEEE, 2008, p. 3374-3377. DOI: https://doi.org/10.1109/ISCAS.2008.4542182.

Hu, Y. H. “The quantization effects of the CORDIC algorithm (coordinate rotation digital computer),” Proc. of Int. Conf. on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 11-14 1988, NewYork, USA. IEEE, 1988, p. 1822-1825. DOI: https://doi.org/10.1109/ICASSP.1988.196976.

Peng, C.-S.; Chuang, Y.-S.; Wen, K.-A. “CORDIC-based architecture with channel state information for OFDM baseband receiver,” IEEE Trans. Consumer Electronics, Vol. 51, No. 2, p. 403-412, 2005. DOI: https://doi.org/10.1109/TCE.2005.1467979.

Kar, D. C.; Rao, V. V. B. “A CORDIC-based unified systolic architecture for sliding window applications of discrete transforms,” IEEE Trans. Signal Processing, Vol. 44, No. 2, p. 441-444, 1996. DOI: https://doi.org/10.1109/78.485943.

De Souza, C. P.; de Assis, F. M.; Freire, R. C. S. “A new architecture of test response analyzer based on the Berlekamp-Massey algorithm for BIST,” IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 59, No. 12, p. 3168-3173, 2010. DOI: https://doi.org/10.1109/TIM.2010.2047171.

Ting, H.-W.; Chao, I.-J.; Lien, Y.-C.; Chang, S.-J.; Liu, B.-D. “A low-cost output response analyzer circuit for ADC BIST,” Proc. of IEEE Circuits and Systems Int. Conf. on Testing and Diagnosis, 28-29 Apr. 2009, Chengdu, China. IEEE, 2009, p. 1-4. DOI: https://doi.org/10.1109/CAS-ICTD.2009.4960751.

De Souza, C. P.; de Assis, F. M.; Freire, R. C. S. “Circuit testing using the principles of self-nonself discrimination,” IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 57, No. 9, p. 1978-1983, 2008. DOI: https://doi.org/10.1109/TIM.2008.919002.

Kim, H.; Lee, K.-S. “Sigma-delta ADC characterization using noise transfer function pole-zero tracking,” Proc. of IEEE Int. Test Conf., 21-26 Oct. 2006, Santa Clara, USA. IEEE, 2006, p. 1-9. DOI: https://doi.org/10.1109/TEST.2007.4437654.

Arpaia, P.; Cennamo, F.; Daponte, P.; Schumny, H. “Modeling and characterization of sigma-delta analog-to-digital converters,” IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 52, No. 3, p. 978-983, 2003. DOI: https://doi.org/10.1109/TIM.2003.809106.

Michaeli, L.; Saliga, J. “Error models of the analog to digital converters,” Meas. Sci. Rev., Vol. 14, No. 2, p. 62-77, 2014. DOI: https://doi.org/10.2478/msr-2014-0010.

Parkey, C. R.; Chester, D. B.; Hunter, M. T.; Mikhael, W. B. “Simulink modeling of analog to digital converters for post conversion correction development and evaluation,” Proc. of IEEE 54th Int. Midwest Symp. on Circuits and Systems, MWSCAS, 7-10 Aug. 2010, Seoul, South Korea. IEEE, 2010, p. 1-4. DOI: https://doi.org/10.1109/MWSCAS.2011.6026634.

Schreier, R.; Pavan, S.; Temes, G. C. “Circuit design for discrete-time delta-sigma ADCs,” in: Understanding Delta-Sigma Data Converters. Wiley-IEEE Press, 2017, p. 584-590. DOI: https://doi.org/10.1002/9781119258308.ch7.

Chen, T.; Chen, D. “Ultrafast stimulus error removal algorithm for ADC linearity test,” Proc. of IEEE 33rd VLSI Test Symp., VTS, 27-29 Apr. 2015, Napa, USA. IEEE, 2015, p. 1-5. DOI: https://doi.org/10.1109/VTS.2015.7116249.

Aymerich, J.; Dei, M.; Terés, L.; Serra-Graells, F. “Design of a low-power potentiostatic second-order CT delta-sigma ADC for electrochemical sensors,” Proc. of 13th Conf. on Ph.D. Research in Microelectronics and Electronics, PRIME, 12-15 Jun. 2017, Giardini Naxos, Italy. IEEE, 2017, p. 105-108. DOI: https://doi.org/10.1109/PRIME.2017.7974118.

El-Rachini, A.; Chible, H.; Nicola, G.; Barbaro, M.; Raffo, L. “Behavioural models for analog to digital conversion architectures for deep submicron technology nodes,” Proc. of 25th Int. Conf. on Microelectronics, ICM, 15-18 Dec. 2013, Beirut, Lebanon. IEEE, 2013, p. 1-4. DOI: https://doi.org/10.1109/ICM.2013.6734973.

Sahoo, B.; Saxena, V.; Bhatia, K. S. “Tutorial 4B: ADC design - from system architecture to transistor level design,” Proc. of 29th IEEE Int. System-on-Chip Conf., SOCC, 6-9 Sept. 2016, Seattle, USA. IEEE, 2016, p. 1-4. DOI: https://doi.org/10.1109/SOCC.2016.7905414.

Tripathi, A. K.; Singhal, R.; Verma, A. “Analysis of the system level design of a 1.5 bit/stage pipeline ADC,” Proc. of Fourth Int. Conf. on Advanced Computing & Communication Technologies, 8-9 Feb. 2014, Rohtak, India. IEEE, 2014, p. 89-94. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCT.2014.96.

Marker-Villumsen, N.; Jorgensen, I. H. H.; Bruun, E. “Low power continuous-time delta-sigma ADC with current output DAC,” Proc. of 2015 European Conf. on Circuit Theory and Design, ECCTD, 24-26 Aug. 2015, Trondheim, Norway. IEEE, 2015, p. 1-4. DOI: https://doi.org/10.1109/ECCTD.2015.7300096.

Vardhini, P. A. H. “Analysis of integrator for continuous time digital sigma delta ADC on Xilinx FPGA,” Proc. of Int. Conf. on Electrical, Electronics, and Optimization Techniques, ICEEOT, 3-5 Mar. 2016, Chennai, India. IEEE, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/ICEEOT.2016.7755184.

Volder, J. E. “Binary computation algorithms for coordinate rotation and function generation,” Convair Report, IAR-1 148, Aeroelectronics Group, June 1956.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-05-30

Як цитувати

Саху, А. К., Чандра, В. К., & Синха, Г. Р. (2019). Экономное моделирование и реализация генератора тестовых сигналов для определения характеристик сигма-дельта АЦП в непрерывном времени. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 62(5), 297–308. https://doi.org/10.20535/S0021347019050066

Номер

Том 62 № 5 (2019)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.