Continuous-Time Delta-Sigma Modulators for High-Speed A/D Conversion: Theory, Practice and Fundamental Performance Limits

در میان مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال، مدولاتور دلتا سیگما بازار مبدل‌های با وضوح بالا به بسیار بالا را با سرعت‌های متوسط، با برنامه‌های معمولی مانند صدای دیجیتال و ابزار دقیق، جلب کرده است. علاقه اخیراً به مدارهای دلتا سیگما که با فیلتر حلقه زمان پیوسته ساخته شده اند به جای روش رایج تر خازن سوئیچ شده افزایش یافته است. مدولاتورهای دلتا سیگما با زمان پیوسته گره های زمین مجازی با نویز کمتری را در ورودی، محافظت ذاتی در برابر همخوانی سیگنال، و پتانسیل استفاده از یکپارچه سازی فیزیکی به جای الکتریکی را در مرحله اول برای کاربردهای جدید مانند شتاب سنج ها و حسگرهای شار مغناطیسی ارائه می دهند. مهمتر از آن، آنها محدودیت های زمانی را کاهش می دهند تا نرخ ساعت تعدیل کننده را بتوان افزایش داد. این امکان مبدل های پهن باند (1 مگاهرتز یا بیشتر) را باز می کند، احتمالاً برای استفاده در برنامه های رادیویی در فرکانس متوسط، به طوری که ممکن است یک یا چند مرحله از اختلاط در حوزه دیجیتال انجام شود.
مدولاتورهای دلتا سیگما با زمان پیوسته برای تبدیل A/D با سرعت بالا: تئوری، عمل و محدودیت‌های عملکرد بنیادی تمام جنبه‌های طراحی مدولاتور دلتا سیگما با زمان پیوسته را با تاکید خاص پوشش می‌دهد. در طراحی برای سرعت های ساعت بالا. نویسندگان طرح ایده‌آل چنین مدولاتورهایی را از نظر مسئله طراحی مدولاتور زمان گسسته به خوبی درک شده توضیح می‌دهند و نمونه‌های طراحی را در Matlab ارائه می‌کنند. آنها همچنین موارد غیر ایده آلی را که معمولاً در تعدیل کننده های زمان پیوسته با آن مواجه می شوند و چگونگی کاهش عملکرد آنها، به علاوه مقدار زیادی از مواد در مورد مشکلات اصلی (تاخیر در مسیر بازخورد، لرزش ساعت، و متاپایداری کوانتایزر) در طرح های بسیار با سرعت بالا و چگونگی ازشون اجتناب کن. آنها همچنین یک روش طراحی بتن برای یک مدار با سرعت بالا واقعی ارائه می دهند که مبادله در انتخاب پارامترهای کلیدی را نشان می دهد. نمودارهای مدار دقیق، نتایج شبیه‌سازی و نتایج آزمایش برای یک مدولاتور باند گذر 4 گیگاهرتزی پیوسته برای تبدیل A/D سیگنال‌های آنالوگ 1 گیگاهرتز نیز ارائه شده‌اند.
مدولاتورهای دلتا سیگما با زمان پیوسته برای تبدیل A/D با سرعت بالا: تئوری، عمل و محدودیت‌های عملکرد اساسی با برخی از معماری‌های مدولاتور امیدوارکننده و فهرستی از چالش‌هایی که در این مورد باقی می‌مانند به پایان می‌رسد. زمینه هیجان انگیز.

Among analog-to-digital converters, the delta-sigma modulator has cornered the market on high to very high resolution converters at moderate speeds, with typical applications such as digital audio and instrumentation. Interest has recently increased in delta-sigma circuits built with a continuous-time loop filter rather than the more common switched-capacitor approach. Continuous-time delta-sigma modulators offer less noisy virtual ground nodes at the input, inherent protection against signal aliasing, and the potential to use a physical rather than an electrical integrator in the first stage for novel applications like accelerometers and magnetic flux sensors. More significantly, they relax settling time restrictions so that modulator clock rates can be raised. This opens the possibility of wideband (1 MHz or more) converters, possibly for use in radio applications at an intermediate frequency so that one or more stages of mixing might be done in the digital domain.
Continuous-Time Delta-Sigma Modulators for High-Speed A/D Conversion: Theory, Practice and Fundamental Performance Limits covers all aspects of continuous-time delta-sigma modulator design, with particular emphasis on design for high clock speeds. The authors explain the ideal design of such modulators in terms of the well-understood discrete-time modulator design problem and provide design examples in Matlab. They also cover commonly-encountered non-idealities in continuous-time modulators and how they degrade performance, plus a wealth of material on the main problems (feedback path delays, clock jitter, and quantizer metastability) in very high-speed designs and how to avoid them. They also give a concrete design procedure for a real high-speed circuit which illustrates the tradeoffs in the selection of key parameters. Detailed circuit diagrams, simulation results and test results for an integrated continuous-time 4 GHz band-pass modulator for A/D conversion of 1 GHz analog signals are also presented.
Continuous-Time Delta-Sigma Modulators for High-Speed A/D Conversion: Theory, Practice and Fundamental Performance Limits concludes with some promising modulator architectures and a list of the challenges that remain in this exciting field.