Una contribución al diseño de moduladores Sigma-Delta en cascada realizados mediante técnicas de circuito en tiempo continuo

Memoria presentada por Ramón Tortosa Navas para optar al grado de Doctor por la Universidad de Sevilla, Departamento de Electrónica y ElectromagnetismoEsta tesis doctoral es el resultado de un conjunto de trabajos de investigación encaminados a sistematizar y optimizar el diseño de convertidores analógico-digitales de tipo Sigma-Delta, realizados mediante técnicas de circuito en tiempo continuo. Para ello, se ha desarrollado una nueva metodología de diseño de alto nivel que está especialmente orientada a topologías de moduladores en cascada. En esencia, el método propuesto consiste en sintetizar el filtro del modulador complementamente en el dominio del tiempo continuo, en lugar de hacerlo a partir de un equivalente en tiempo discreto, al que luego se le aplica una transformada discreta a continua. La síntesis directa en el dominio del tiempo continuo permite obtener arquitecturas con un menor número de componentes analógicos, lo que las hace más robustas frente a los errores de tolerancia de dichos componentes, principalmente debidos a variaciones aleatorias de los parámetros físicos del proceso tecnológico. Además de la sensibilidad a los errores de tolerancia de los circuitos analógicos, otra fuente de error que limita en la práctica las prestaciones de los moduladores de tiempo continuo es debida a la incertidumbre en los instantes de conmutación de la señal de reloj, conocida como error de jitter. En esta tesis se demuestra que la potencia de ruido generada por dicho error en la banda de la señal presenta dos componentes: una que depende de los parámetros del filtro del lazo del modulador y otra debida a la propia señal de entrada. Del análisis matemático desarrollado se derivan ecuaciones de diseño que permiten optimizar las prestaciones de moduladores de lazo único y en cascada, minimizando el consumo de potencia para unas determinadas especificaciones dadas. Como aplicación de los estudios realizados, se presentan varios casos de estudio prácticos de distintas topologías de moduladores, considerando diferentes tipos de implementación, tanto Gm-C como RC activa. Los diseños se realizaron en una tecnologías CMOS de 130nm, empleando una única fuente de alimentación de 1.2V, y con aplicación en la digitalización de señales con ancho de banda de 20MHz y resolución efectiva de 12 bits, lo que suponía alcanzar prestaciones en el estado del arte del momento.Peer reviewe