Projeto e caracterização de um modulador \'Sigma Delta\' de alta taxa de amostragem empregando tecnologia HEMT.

• Ano de defesa: 1998
• Autor(a) principal: Olmos, Alfredo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Circuitos integrados (Projeto); HEMT Technology; Integrated Circuits (Design); Tecnologia HEMT
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-27112024-120427/

Os conversores AD de alta velocidade têm chegado a converter-se em componentes essenciais para sistemas de alto desempenho que processam dados a taxas elevadas. Este tipo de circuitos requerem de dispositivos trabalhando a velocidades muito altas fazendo com que a tecnologia HEMT seja muito apropriada para a sua implementação. Uma vez estudadas as técnicas de conversão AD de alta velocidade e analisados os requerimentos tecnológicos associados ao projeto de tais circuitos, foi avaliada a tecnologia HEMT disponível e adotada a modulação \'Somatória Delta\' como arquitetura mais adequada. A continuação, foi desenvolvido um modelo simplificado de pequeno sinal de mediana freqüência do transitor HEMT, modelo muito útil no projeto inicial dos diferentes subsistemas. O circuito, um modulador \'Somatória Delta\' de segunda ordem, contínuo no tempo e completamente diferencial, inclui: conversores V-I para realizar integração \'G IND. m C\', amplificadores operacionais de altavelocidade, ampla largura de banda e ganho reduzido configurados como integradores, um comparador de baixa histerese e alta velocidade; unidades DAC de alta velocidade e elevada linearidadde, e deslocadores de nível para adartar as tensões em modo comum nos nós de soma com os níveis na entrada dos amplificadores operacionais. Os critérios e considerações de projeto do circuito foram estudados; assim mesmo foi desenvolvida uma análise inédita do efeito de umaconstante de tempo do integrador não ideal no desempenho do modulador quando é empregado um amplificador operacional de alta velocidade e ganho reduzido. Adicionalmente, foi determinada a relação entre a constante de tempo não ideal e a faixa efetiva de integração, aqual, por sua vez, define a banda de base do sistema. A seguir foi desenvolvido o projeto dos subsistemas do circuito visando atingir as especificações respectivas. Desta forma, foi projetado um conversor V-I de 8 bits de resolução e ) faixa dinâmica de 200m \'V IND. p-p\' um amplificador operacional de 16dB de ganho, 10.5Ghz de largura de banda de ganho unitário, e 100ps de tempo de atraso, e um comparador de mínima histerese utilizando uma nova configuração com realimentação positiva e negativa alternada (PAF). Embora surgiram diversos inconvenientes na fase de fabricação do circuito, implementado em uma tecnologia HEMT de InGap/InGaAs de 0.4 \'mü\'m, este apresentou uma relação sinal/ruído de 43dB (7.2bits de resolução) sobre uma banda base de 50MHz, quando operando com uma fonte de alimentação de 3.2V a uma taxa de amostragem de 5Gsps. Sob estas condições de operação, o modulador dissipou uma potência de 400mW incluindo os buffers de saída, o que corresponde à maior taxa de amostragem e o menor consumo de potência para um conversor AD sobremostrando em tecnologia de semicondutores compostos reportado até o momento.