Nouvelles techniques d'appariement dynamique dans un CNA multibit pour les convertisseurs sigma-delta

par Esmaeil Najafi Aghdam

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Sciences et technologies de l'information des télécommunications et des systèmes

Sous la direction de Philippe Bénabes.


  • Résumé

    L'utilisation d'un CAN et CNA multibit dans le convertisseur sigma-delta permet de réduire le taux de suréchantillonnage, les contraintes des circuits actifs, améliore la stabilité du modulateur, mais rend celui-ci très sensible aux erreurs du CNA. Les erreurs statiques du CNA peuvent être corrigées au moyen de techniques d'appariement dynamique des composants (DEM). Cette thèse est consacrée à l'étude de ces techniques. Les techniques DEM existantes sont analysées. Le cœur du travail consiste en la proposition de quatre nouvelles techniques de DEM. Les deux premières dérivent de la méthode DWA, l'une passe-bas du premier ordre, l'autre passe-bande du second ordre. Les deux dernières propositions (appelées MDEM et STDEM) dérivent des deux algorithmes de tri et d'arborescence : elles conviennent à une mise en forme des erreurs d'ordre élevé et sont destinées aux applications passe-bas et passe-bande de haute performance. Ces quatre méthodes ont été mises en équations. Une implantation des MDEM et STDEM a été faite au niveau cellule standard y compris le routage en technologie CMOS 0. 35um. Les simulations confirment l'avantage de ces techniques en termes de surface et de fréquence maximale d'application. En fin, les erreurs dynamiques du CNA (gigue, glitch, dissymétrie des temps de transition, injection de charge) et la métastabilité du CAN sont également analysées. A l'issue de ces réflexions, une nouvelle cellule de CNA incluant un SRD est proposée. Elle possède une structure de remise à zéro partielle (semi-RZ). De plus, l'effet du retard de DEM est compensé par une modification dans l'architecture convenant aux applications passe-bande haute fréquenc.

  • Titre traduit

    Novel dynamic element matching techniques for multibit DAC used in a delta-sigma modulator


  • Résumé

    Employing a multibit quantizer and DAC in a delta-sigma modulator reduces oversampling ratio and active circuits' constraints, and improves modulator stability. However, a multibit modulator is sensitive to its internal DAC errors. The DAC static errors can be corrected by dynamic element matching techniques (DEM). The aim of this PhD thesis is theoretical study of mismatch shaping techniques. After having pointed out principle of the delta-sigma conversion and the main error sources, the existing DEM techniques are analyzed underling their advantages, disadvantages, and preferred application. The main part of this work consisted in developing four new DEM techniques put in mathematical expressions. The two first derive from DWA, one for first order lowpass, and the other for second order bandpass applications. The two last proposals, which are more suitable as a high order mismatch shaping algorithm for both lowpass and bandpass applications (called MDEM and STDEM), derive from vector-based and tree structured algorithms. A transistor level implementation of MDEM and STDEM techniques has been performed in CMOS 0. 35um technology. Simulations confirm advantage of the developed techniques in terms of area and maximum frequency, compared with the conventional methods. In the last part, DAC's dynamic errors, clock jitter, glitch, non symmetrical transition times and clock-feedthrough, and quantizer metastability are also analyzed. A new kind of DAC cell including a swing-reduced driver is proposed. It has a partial return to zero structure (semi-RZ). Moreover, DEM delay is compensated by a modification in modulator architecture for bandpass high frequency applications.

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Informations

  • Détails : 1 vol., 235 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 207-218

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2006)68
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