Institut für Mikroelektronik

Breitband-Continuous-Time Delta-Sigma Analog-Digital-Wandler-Design

Continuous-Time Delta-Sigma-Modulatoren (CTDSMs) sind heute essenziell für sowohl drahtlose als auch drahtgebundene Breitbandkommunikationssysteme. Ihre inhärente Anti-Aliasing-Funktion sowie die Möglichkeit, mit geringeren Abtastraten zu arbeiten, machen sie gegenüber diskreten Zeitansätzen vorteilhaft.

Continuous-Time Delta-Sigma-Modulatoren (CTDSMs)

Dieses Projekt konzentriert sich auf das Design, die Entwicklung und das Testen von Delta-Sigma-Modulatoren für Breitbandanwendungen. Eine zentrale Herausforderung bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb ist die Begrenzung des Oversampling-Verhältnisses, wodurch der Einsatz von Mehrbit-Quantisierern erforderlich wird, um ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erreichen. Mehrbit-Digital-Analog-Wandler (DACs) führen jedoch zu Nichtlinearitäten, was Verzerrungen verursacht und das Signal-Rausch- und Verzerrungsverhältnis (SNDR) verschlechtert. Aus diesem Grund ist es normalerweise notwendig, den Mehrbit-DAC aufwändig zu kalibrieren. Durch die Verwendung von dualer Quantisierung mithilfe eines digitalen Delta-Sigma-Modulators (DDSM) kann auch ohne Kalibrierung hohe Linearität erreicht werden.

Eine weitere Herausforderung ist das Design der Operationsverstärker (Opamps), die in RC-Integratoren verwendet werden. Diese müssen ein ausreichendes Gain-Bandwidth-Product (GBW), häufig im GHz-Bereich, erreichen und gleichzeitig eine hohe Linearität aufweisen. Dies führt typischerweise zu einem hohen Leistungsbedarf. Eine alternative Lösung ist die Verwendung von GM-C-Integratoren, die eine bessere Energieeffizienz bieten, jedoch unter Nichtlinearitäten leiden.

Publikationen

  • A. Abdelaal, J. G. Kauffman, M. Dalla Longa, F. Conzatti and M. Ortmanns
    An 80 MHz CT DSM With SMASH DAC Achieving 106.2 dB SFDR Without Linearity Calibration
    IEEE Journal of Solid-State Circuits, Dez. 2025.
    DOI:  10.1109/JSSC.2025.3648344
     
  • Zaky, B.; Kauffman, J. G.; Conzatti, F.; Ortmanns, M.
    Non-Linearity Cancellation of Gm-C Based DSM
    IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), London, United Kingdom, Juni 2025
    DOI:  10.1109/ISCAS56072.2025.11044033
     
  • A. Abdelaal, J. G. Kauffman, J. Becker, M. Dalla Longa, F. Conzatti and M. Ortmanns
    A Calibration-free 80MHz CT DSM Using Dual Quantization and ISI Shuffler Achieving 106.2dB SFDR
    IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC), Boston, MA, USA, Apr. 2025.
    DOI:  10.1109/CICC63670.2025.10982928