طراحی بهینه مدولاتور سیگما دلتای S-MASH کم-توان و دقت بالا با ساختار STF واحد برای کاربردهای مخابراتی

تقی زاده, مهدی; صدوقی, سیروس; شریف خانی, محمد

طراحی بهینه مدولاتور سیگما دلتای S-MASH کم-توان و دقت بالا با ساختار STF واحد برای کاربردهای مخابراتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی دکتری، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

² استادیار دانشگاه صنعتی شریف

³ دانشیار، دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

با توجه به اهمیت پردازش سیگنال در حوزه دیجیتال، بهبود عملکرد سختافزاری سامانههای فرستنده-گیرنده ارتباطی بهخصوص در بخش نظامی، در گرو طراحی مناسب مبدلهایی است که عمل تبدیل سیگنال از حوزه آنالوگ به دیجیتال و بالعکس را انجام میدهند. در این مقاله، یک روش جدید برای افزایش دقت و سرعت مدولاتور یک مبدل آنالوگ به دیجیتال سیگما دلتا با ساختار چندطبقه شکلدهی-نویز مقاوم (S-MASH) ارائه میشود. بهعلت اینکه هر طبقه حلقه مدولاتور در ساختار پیشنهادی، دارای تابع تبدیل سیگنال واحد (Unity-STF) است، مدولاتور نسبت به اثرات غیرایدهآل مداری مانند بهره محدود تقویتکننده و عدم تطابق ضرایب مسیرها، مقاوم خواهد بود. همچنین، بهخاطر انتقال تاخیر هر طبقه فیلتر حلقه مدولاتور به درون مسیر فیدبک خودش، مشکل زمانبندی پردازش سیگنال در مسیرهای بحرانی ساختار پیشنهادی، برطرف شده است. از طرفی اینکار باعث میشود تا ساختار S-MASH با STF واحد ارائهشده با بلوکهای فعال کمتری پیادهسازی شود که مطلوب کاربردهای سرعت بالا و کمتوان نظیر سامانههای ارتباطی میباشد. نتایج شبیهسازیها موثر بودن این ساختار پیشنهادی را نشان میدهد. از آنجا که پردازش اطلاعات مقوله مهمی در حوزه مدیریت و جلوگیری از بحران میباشد بنابراین، طراحی صورتگرفته قابل استفاده در ابزار و تجهیزات سختافزاری الکترونیکی مرتبط با این حوزه خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimal Design of Low-power High-resolution Unity-STF S-MASH Sigma Delta Modulator for Telecommunication Applications

نویسندگان [English]

M. Taghizadeh ¹
S. Sadughi ²
M. Sharifkhani ³

¹ Azad university

² sharif university

³ sharif university

چکیده [English]

Given the importance of signal processing in the digital domain, improving the hardware performance of the transmitter-receiver communication systems, especially in the military section, depends on the proper design of the converters that perform the signal conversion from analogue to digital and vice versa. This paper proposes a novel method to improve the modulator speed and resolution in the Sturdy Multi-Stage Noise-Shaping (S-MASH) sigma delta analogue to digital convertor (ADC). Since any stage in the modulator loop of the architecture has unity signal transfer function (Unity-STF), the modulator would be very robust to circuit non-idealities such as finite op-amp gain and coefficient mismatching. Furthermore, the signal processing timing issue in the critical paths of the proposed architecture has been relaxed due to shifting the delay of each stage of the modulator loop filter to its own feedback path. On the other hand, the proposed Unity-STF S-MASH architecture needs fewer active blocks for implementation which makes it suitable for low power, high operation speed applications i.e. communication systems. The simulation results show the effectiveness of the proposed architecture. Since the information processing is an important category in the field of management and crisis prevention, the design would be applicable in the electronic hardware equipment related to this area.

کلیدواژه‌ها [English]

Sigma Delta Modulator
S-MASH
Unity-STF
Low-distortion Topology

مراجع

[1] M. Goorani and M. Ghayoori Sales, “A Method to Ensure the Results of Queries on the Outstanding Database Based on the Game Theory,” Journal of Electronical & Cyber Defence, vol. 5, no. 2, 2017. (In Persian)##

[2] M. Taghizadeh and A. Nabavi, “Design of Single-Stage Sigma Delta Modulator with 6-MHz bandwidths & 15-bit Resolution,” Iranian Journal on Electric & Computer Engineering (IJECE), vol. 7, no. 4, pp. 307-314, 2008. (In Persian)##

[3] N. Maghari, S. Kwon, G. C. Ternes, and U. Moon, “Sturdy MASH sigma-delta Modulator,” Electronics Letters, vol. 42, no. 22, pp. 1269-1270, 2006.##

[4] A. Morgado, R. Del Rı´o, and J. M. de la Rosa, “Cascade ΣΔ modulator for low-voltage wideband applications,” Electronics Letters, vol. 43, no.17, pp. 910-911, 2007.##

[5] C. Han and N. Maghari, “Delay based noise cancelling sturdy MASH delta-sigma modulator,” Electronics Letters, vol. 50, no. 5, pp. 351–353, 2014.##

[6] M. Honarparvar, J. M. de la Rosa, F. Nabki, and M. Sawan, “SMASH ΔΣ modulator with adderless feed-forward loop filter,” Electronics Letters, vol. 53, no. 8, pp. 532-534, 2017.##

[7] F. Hemmati, E. N. Aghdam, and F. Gozalpour, “DNC-SMASH structure improvement for high-resolution wideband applications,” IEEE 4th International Conference on Knowledge-Based Engineering and Innovation (KBEI), Tehran, pp. 0037-0039, 2017.##

[8] J. Silva, U. Moon, J. Steensgaard, and G. C.Temes, “Wideband low distortion delta-sigma ADC topology,” Electronics Letters, vol. 37, no. 12, pp. 737–738, 2001.##

[9] C. Han, A. Fahmy, and N. Maghari, “Noise-cancelling sturdy MASH delta-sigma modulator,” IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Montreal, pp. 1502-1505, 2016.##

[10] X. Meng, Y. Zhang, T. He, and G. C. Temes, “Low-distortion wideband delta-sigma ADCs with shifted loop delays,” IEEE Transaction on Circuits & System I, vol. 62, pp. 376-384, 2015.##

[11] M. Yavari, O. Shoaei, and A. Rodriguez-Vazquez, “Systematic and optimal design of CMOS two-stage opamps with hybrid cascode compensation,” in Proc. Design Automation and Test in Europe, pp. 144-149, 2006.##

[12] R. Jiang and T. S. Fiez, “A 14-bit delta-sigma ADC with 8x OSR and 4MHz conversion bandwidth in a 0.18um CMOS process,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 39, no. 1, pp. 63-74, 2004.##

[13] M. Taghizadeh and S. Sadughi, “Improved unity-STF sturdy MASH ΣΔ modulator for low-power wideband applications,” Electronics Letters, vol. 51, no. 23, pp. 1941-1942, 2015.##

[14] A. Morgado, R. Del RÃo, and J. M. de la Rosa, “Nanometer CMOS Sigma-Delta Modulators for Software Defined Radio,” Springer press, 2012.##

[15] M. H. Maghami and M. Yavari, “A hybrid CT/DT double-sampled SMASH ΣΔ modulator for broadband applications in 90 nm CMOS technology,” Analog Integrated Circuit and Signal Processing, vol. 73, pp. 101-114, 2012.##

[16] N. Maghari, Sunwoo Kwon, and Un-Ku Moon, “74 dB SNDR Multi-Loop Sturdy-MASH Delta-Sigma Modulator Using 35 dB Open-Loop Opamp Gain,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 44, no. 8, pp. 2212-2221, 2009.##

[17] J. Ruı´z-Amaya, J. M. de la Rosa, F. V. Ferna´ndez, F. Medeiro, R. del Rı´o, B. Pe´rez-Verdu´, and A. Rodrı´guez-Va´zquez, “High-level synthesis of switched-capacitor, switched-current and continuous-time ΣΔ modulators using SIMULINK-based time-domain behavioral models,” IEEE Transaction on Circuits & System I, vol. 52, pp. 1795-1810, 2005.##

[18] C. Han, T. Kim, and N. Maghari, “SMASH-MASH delta-sigma modulator using noise-shaping quantizers,” 14th IEEE International New Circuits and Systems Conference (NEWCAS), Vancouver, pp. 1-4, 2016.##