Modulateur sigma delta passe-haut et son application au convertisseur sigma delta à l'entrecalement temporel

High-Pass Delta Sigma Modulator and its application to Time-Interleaved Delta Sigma Converter

• Auteur / Autrice : Văn Tâm Nguyêñ
• Direction : Patrick Loumeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique et communications
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés libres

Sigma delta

Can

Parallélisme

Calibration

Modulateur

Filtre passe haut

Large bande

Vhdl

Simulation

Résumé

Le CAN basé sur la modulation sigma delta est capable de fournir une très haute résolution. Bien qu'il nécessite un suréchantillonnage, il est peu sensible aux imperfections des composants. Il est donc très populaire pour les applications de bande étroite demandant une haute résolution. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'extension de ses applications vers une bande passante plus large. Nous avons d'abord étudié l'architecture sigma delta parallèle et proposé une nouvelle architecture basant sur la modulation sigma delta passe-haut et l'entrelacement temporel permettant de réduire significativement le problème caractéristique du parallélisme, à savoir la disparité entre les canaux. Nous avons ensuite étudié le modulateur sigma delta passe-haut et proposé une implémentation en technique des capacités commutées. Ce nouveau modulateur, contrairement au modulateur classique, est immune au bruit de basse fréquence et peut être utilisé non seulement dans une architecture parallèle, mais aussi de façon autonome. Nous avons aussi modélisé la plupart de non-idéalités du modulateur en VHDL-AMS pour arriver à une méthodologie de conception descendante qui permet de dériver les spécifications de tous les blocs du circuit à partir de performance visée pour le système complet. L'implémentation d'un modulateur sigma delta passe-haut d'ordre 2 et un CAN sigma delta passe-haut en combinant avec l'entrelacement temporel a été réalisée en CMOS 0,35 micromètre. Enfin, notre travail nous a permis de démontrer non seulement l'avantage du modulateur sigma delta passe-haut, mais aussi un perspective prometteur du CAN sigma delta parallèle pour les applications de très large bande.

The analog-to-digital converter based on the delta sigma modulation is capable of providing a very high resolution. Although it requires an oversampling, it is not sensitive to the imperfections of the components. The conventional delta sigma modulator is thus very popular for narrowband applications requiring a very high resolution. In this thesis, we consider the extension of the delta sigma modulators towards wideband applications. First, we studied parallel architectures basing on the delta sigma modulation and proposed a new architecture basing on the high-pass delta sigma modulation and time-interleaved allowing to reduce significantly the characteristic problem of parallelism, namely the channel mismatch. We then studied the high-pass delta sigma modulator and proposed an implementation in switched-capacitor technique. This new modulator, contrary to the conventional modulator, is completely immune to the low frequency noise and can be used not only in a parallel architecture, but also as stand-alone modulator. We also modelled the main non-idealities of the delta sigma modulator in VHDL-AMS for finally arriving at a top-down design methodology which makes it possible to derive the specifications of all the circuit blocks from the performance aimed for the complete system. The implementation of a high-pass second order delta sigma modulator and a time-interleaved high-pass delta sigma converter was carried out in 0. 35 micrometer CMOS technology. Finally, our work allowed us to demonstrate, not only the advantages of the high-pass delta sigma modulator, but also a promising prospect of the parallel delta sigma modulators for the wide band applications.