Contribution à la conception automatisée de convertisseurs analogique-numérique sigma-delta passe-bande rapides
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work is devoted to the computer-aided design of continuous time (CT) band pass (BP) delta-sigma analog-to-digital converter. A general study on delta-sigma conversion of the low-pass and band pass modulators was initially undertaken. The modeling, stability and evaluation of their performance have also been approached. Several architectures having already been developed, their respective characteristics, advantages and functional limits are then briefly presented. I have then treated the design of CT BP delta-sigma modulators. A method using impulse invariance to transform a discrete time modulator into a continuous time modulator was then found. It led to an automatic procedure implemented under Matlab. These transformations and modeling made it possible to simulate CT architectures using faster simulation tools than analog simulators. A new method of analysis and synthesis of CT BP delta-sigma modulators is then presented. This method leads to the synthesis of delta-sigma modulators having a loop delay higher than one sampling period, provided that a fast feedback is added to the ADC input. I showed that the resolution depends on the choice of the location of this feedback. Simulations were carried out on an eighth order BP delta-sigma modulator, in order to validate the general method. By taking into account a possible dispersion of the components, the feasibility of the modulator was ensured. Thus, the values of delay higher than the sampling period makes it possible to preserves the gain margin of the loop filter with good performance. In this analysis, the sensitivity of the gain margin compared to the real variations of the delay is also analyzed. In order to make it feasible, the performance's sensibility compared to dispersion of the real delay was minimized.
Abstract FR:
Ce travail est consacré à la conception automatisée des convertisseurs analogique-numérique sigma-delta passe-bande (PB) à temps continu (TC). Une étude générale sur la conversion sigma-delta pour les modulateurs passe-bas et passe-bande a d'abord été menée. La modélisation, la stabilité et l'évaluation de leurs performances y sont abordées. Différentes architectures déjà développées, ainsi que leurs caractéristiques, leurs avantages et leurs limites fonctionnelles sont ensuite succinctement présentées. La conception de modulateurs sigma-delta PB à TC est ensuite abordée. Une méthode utilisant l'invariance impulsionnelle pour transformer un modulateur à temps discret en un modulateur à temps continu a été développée. Elle a conduit à une procédure automatique implémentée sous Matlab. Ces transformations et modélisations permettent de simuler des architectures à TC en utilisant des outils de simulations plus rapides que les simulateurs analogiques. Une nouvelle méthode d'analyse et de synthèse des modulateurs sigma-delta PB à TC est présentée. Elle rend possible la synthèse de modulateurs sigma-delta ayant un retard supérieur à une période d'échantillonnage, pourvu qu'un bouclage soit ajouté à l'entrée du CAN. Nous avons montré que la résolution dépend du choix de son emplacement. Une série de simulations a été réalisée sur des modulateurs sigma-delta PB d'ordre 8, afin de valider la méthode générale. La faisabilité du modulateur est assurée en prenant en compte une éventuelle dispersion des composants. Ainsi, des valeurs de retard supérieures à la période d'échantillonnage peuvent maintenir une marge de gain du filtre de la boucle directe compatible, avec de bonnes performances. Dans cette analyse, la sensibilité de cette marge de gain par rapport aux variations du retard réelles est analysée. Toujours dans un souci de faisabilité, la sensibilité des performances par rapport à la dispersion sur le retard réel a été minimisée.