Systèmes de numérisation hautes performances : etude des solutions à bancs de filtres hybrides : caractérisation et optimisation

High performance analog to digital conversion : hybrid filter banks : characterization and optimization

• Auteur / Autrice : Tudor Gabriel Petrescu
• Direction : Philippe Bénabes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Bruit de quantification

Nombre fini de bit

Sensibilité aux imperfections analogiques

Sur-échantillonage

Calibration

Contraintes d'implémentation

Résumé

Ce travail avait pour objectif d'étudier un dispositif qui, pour une cadence d'échantillonnage donnée, permette d'élargir la bande de fréquence de conversion analogique/numérique. L'orientation choisie est celle des structures parallèles et en particulier des bancs de filtres hybrides (BFH). Nous avons proposé certaines méthodes de synthèse des BFH. Leur particularité est qu'elles prennent en compte les contraintes de réalisation des filtres analogiques. Diverses améliorations de ces méthodes en particulier leur optimisation vis-à-vis de certains paramètres ont été proposées. Le bruit de quantification a été étudié et nous avons montré par un calcul théorique mais aussi en simulation l'influence sur la sortie du bruit de quantification du quantificateur de chaque voie. Ensuite, nous avons étudié les effets de la quantification des coefficients des filtres de synthèse. Une formule théorique qui estime le bruit introduit par la quantification de ces coefficients a été déduite. Des simulations qui confirment la validité de cette formule ont été effectuées. Le caractère hybride des bancs de filtres étudiés implique des problèmes spécifiques liés à l'implémentation analogique. Nous avons ainsi montré que de très petites variations des valeurs des composants analogiques par rapport aux valeurs nominales obtenues après la synthèse détériorent gravement les performances du banc de filtres. Nous avons alors proposé une solution originale à ce problème. Il s'agit d'une calibration du banc de filtres après réalisation.

This PhD thesis deals with a technique allowing to increase the speed of Analog to Digital Converters (ADC). Parallel structures together with Hybrid Filter Banks (HFB) were designed. Synthesis methods of HFB that take into account analog filters implementation constraints were conceived. Some optimization methods of the synthesis procedures were also proposed. The effect of the quantization noise of a branch quantizer on the HFB output was studied through theoretical estimations strengthened by simulations. The effect of finite word implementation of synthesis filters coefficients was also studied. A theoretical estimation of the noise introduced by coefficient quantization was given. Simulations confirming this theoretical estimation were performed. The hybrid nature of HFB generates analog implementation problems. One of the most important challenges in designing HFB was identified: the dramatic performance degradation in the presence of small analog filters implementation errors. Consequently, readjustment of synthesis filters coefficients after physical implementation of the analysis bank appears as mandatory and a calibration method was also proposed.