Author:

Abstract:

Dit onderzoek focust op Delta-Sigma A/D omzetters, geïntegreerd in nanom eter CMOS technologieën. Een Delta-Sigma A/D omzetter is een speciaal ty pe A/D omzetter. Een Delta-Sigma A/D omzetter maakt het mogelijk om snel heid voor nauwkeurigheid in te wisselen. Deze eigenschap is zeer interes sant voor integratie in nanometer CMOS technologieën. Dergelijke technol ogieën maken zeer snelle circuits mogelijk, maar hebben een beperkte nau wkeurigheid bij de verwerking van analoge signalen. Daarnaast is het typ ische bereik in bandbreedte en nauwkeurigheid van een Delta-Sigma A/D om zetter goed aangepast voor het gebruik in vele actuele communicatie-stan daarden, zoals GSM, Bluetooth, WLAN en ADSL. Om hoge performantie te kunnen halen in nanometer CMOS technologieën, zi jn innovatieve circuits vereist. In dit onderzoek worden verschillende n ieuwe circuits voorgesteld om de performantie van een geschakelde-capaci teiten Delta-Sigma A/D omzetter te verbeteren. Deze zijn tevens geïmplem enteerd in een ontwerp in een 65 nm CMOS technologie. Deze Delta-Sigma A /D omzetter haalt een nauwkeurigheid van 75.4 dB in een signaal bandbree dte van 1 MHz, met een vermogenverbruik van 17 mW. Dit resulteert in een FOM van 1.77 pJ/conv. Er wordt gebruik gemaakt van een cascade 3-1 lusf ilter met voorwaartse koppeling. Dit maakt sterke ruisonderdrukking moge lijk, terwijl de eisen voor de versterkers beperkt blijven. Om de hoge 1 /f-ruis van de transistoren te onderdrukken, is 'chopping' toegepast op de ingangstrap van de eerste versterker. De versterkers gebruiken een ni euw instelcircuit voor de cascodes om betere matching van de stroomspieg els te bekomen. De meest kritische schakelaars gebruiken een nieuw, symm etrisch circuit om de schakeltransistor aan te sturen met een spanning h oger dan de nominale voedingsspanning. Dit circuit resulteert in een sig naal-onafhankelijke aan-weerstand zonder de betrouwbaarheid in gevaar te brengen. Versterkers met een grote versterking zijn moeilijk te ontwerpen in nano meter CMOS technologieën en hebben een hoog vermogenverbruik. In dit wer k wordt een methode ontwikkeld om alle versterkers in het lusfilter van een Delta-Sigma A/D omzetter te vervangen door comparatoren en stroombro nnen. Verschillende mogelijkheden om zulke comparator-gebaseerde lusfilt ers te implementeren worden ontwikkeld en vergeleken. De vereisten voor de comparator en de stroombron worden geanalyseerd en een implementatie wordt voorgesteld. Een comparator-gebaseerde Delta-Sigma A/D omzetter in een 90 nm CMOS technologie is ontworpen. Deze Delta-Sigma A/D omzetter haalt een nauwkeurigheid van 66 dB voor een bandbreedte van 1 MHz. Het t otale vermogenverbruik bedraagt 5.94 mW , resulterend in een FOM van 1.8 2 pJ/conv. Het lusfilter bestaat uit vier pseudo-differentiële integrato ren om de eisen voor de comparatoren en de stroombronnen te minimalisere n. De meetresultaten bewijzen de aantrekkelijkheid van deze comparator-g ebaseerde techniek voor het ontwerp van middelmatige nauwkeurigheid Delt a-Sigma A/D omzetters in nanometer CMOS technologieën.