Delta-sigma-analogia-digitaalimuunnin matalatehoisiin mikroanturisovelluksiin
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2011
Department
Major/Subject
Piiritekniikka
Mcode
S-87
Degree programme
Language
fi
Pages
[10] + 74
Series
Abstract
Piistä valmistetut pienoisanturit ovat yleistymässä niiden luotettavuuden, edullisuuden ja pienen koon ansiosta. Usein anturisysteemin lähtösignaalia halutaan käsitellä digitaalisena, mikä vaatii analogia-digitaalimuuntimen toteuttamisen. Systeemin integrointiasteen kasvattaminen on kannattavaa integroimalla rajapintaelektroniikka, mukaan lukien analogia-digitaalimuunnin, mahdollisimman lähelle anturielementtiä. Tämän työn tavoitteena on suunnitella ja toteuttaa analogia-digitaalimuunnin matalatehoiseen mikroanturisovellukseen. Työssä suunniteltiin kaksiasteinen deltasigma-analogia-digitaalimuunnin, joka käyttää kytkin-kondensaattoritekniikalla toteutettua silmukkasuodinta ja yksibittistä kvantisoijaa. Operaatiovahvistimen kohinan ja tulonsiirrosjännitteen vähentämiseksi muunnin käyttää erityistä korreloiva kaksoisnäytteistys -tekniikkaa ja tehon säästämiseksi tulon kaksoisnäytteistystä. Työssä esitellään myös onnistuneesti toteutettu korkeaimpedanssisen yhteismuodon jännitereferenssin käyttäminen tehon säästämiseksi. Piiri toteutettiin integroituna piirinä 0,35 µm:n CMOS-valmistusteknologialla. Työssä esitetään suunniteltu piiri ja sen mittaustulokset. Signaalikaistalla DC:ltä 1 kHz:iin piiri saavutti 83 dB:n signaali-kohinasuhteen ja 80 dB:n signaali-kohinasärösuhteen. Tuloon redusoiduksi kohinatiheydeksi mitattiin 1,3 µV/sqrt(Hz). Piiri kuluttaa 170 µW tehoa 3,6 V :n jännitelähteestä.Miniature sensors made of silicon are becoming common due to their reliability, low price and small size. Often the output signal of the sensor system is required in digital form, which necessitates the implementation of an analog-to-digital converter. Increasing the level of integration of the system by integrating the interface electronics, including the analog-to-digital converter, as close to the sensor element as possible, is beneficial. The goal of this work is to design and implement an analog-to-digital converter suitable for low power microsensor applications. A second order delta-sigma analog-to-digital converter using a switched capacitor loop filter with a single bit quantizer is designed. It utilizes a novel correlated double sampling technique for operational amplifier noise reduction and offset compensation, and input double sampling for power saving. Also, a high impedance common-mode voltage reference scheme for power saving is introduced and implemented successfully. The circuit was implemented as an integrated circuit in 0.35 µm CMOS process technology. The measurement results are reported and can be summarized as a 83 dB signal-to-noise ratio and a 80 dB signal-to-noise-and-distortion ratio, on a signal band from DC to 1 kHz. The input referred noise density of the noise floor is 1.3 µV/sqrt(Hz). The power consumption of the circuit is 170 µW from a 3.6 V voltage supply.Description
Supervisor
Halonen, KariThesis advisor
Aaltonen, LasseKeywords
sigma-delta, analog-to-digital, correlated double sampling, high impedance common-mode reference, switched capacitor, integrated circuit, microsensor, delta-sigma, analogia-digitaali, korreloiva kaksoisnäytteistys, korkeaimpedanssinen yhteismuodon referenssi, kytkin-kondensaattori, integroitu piiri, mikroanturi