Réalisation intégrée d'un modulateur Σ∆

-X(n) CNA V(n) Do(n)

+

Dither + + +

*

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 −60 −50 −40 −30 −20 −10 0

Modulateur passe−bas 1^ere ordre, sans dither et faibe entrée.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 −60 −50 −40 −30 −20 −10 0

Modulateur passe−bas 1^ere ordre, avec un dither statique. ( pour la meme entrée)

Fig. 2.36 a) Structure d'un modulateur avec dither, b) sortie du modulateur sans aucun dither, c) avec

dither.

2.4.10 Réalisation intégrée d'un modulateur Σ∆

Un modulateur Σ∆ peut être implanté au moyen de circuits intégrés selon trois modes :

SC; capacités commutées (switched capacitance) est le mode de réalisation essentiellement pour

des modulateurs discrets à basses fréquences (<100M Hz). Actuellement, la majorité des

mo-dulateurs Σ∆ sont réalisés en mode SC.

Avantages :

il est robuste et précis, car la fonction de transfert du ltre (comme intégrateur et

réso-nateur) est déterminée par la valeur relative des capacités et non pas par leurs valeurs

absolues

il est très peu sensible à la gigue d'horloge

il est compatible avec les technologies CMOS à très large échelle (VLSI),

il est facile à simuler.

Désavantages :

le signal d'entrée doit être ltré et échantillonné avant d'entrer dans le modulateur. Par

conséquent, la performance du système peut être limitée par les erreurs d'échantillonnage.

il a besoin de grande valeurs de capacités,

il est sensible au bruit thermique (bruit KT/c)

la vitesse peut être limitée par celle des amplis-op (f

_e

<

¹₅

f

_3dB−AOP

),

il a besoin de commutateurs ("switches") très performants avec une faible résistance.

La gure 2.37 montre le schéma d'un intégrateur SC dans le cas de structures simples et

dié-rentielles.

SI; la méthode de courant commuté (switched current) est aussi une technique qui convient

aux traitements discrets de signaux en particulier pour des modulateur Σ∆ à temps discret.

Cette technique est prometteuse mais elle a eu peu de succès jusqu'à maintenant car elle est

peu précise:

Avantages :

Fig. 2.37 Le circuit d'intégrateur aux capacités commutées a) simple b) diérentiel

la consommation et la tension d'alimentation sont faible

la surface de la puce est moindre,

l'impédance d'entrée est faible,

elle est compatible avec des processus totalement numériques

Inconvénient :

très sensible aux injections de charges,

très sensible aux défauts d'appariement des transistors,

sensible à la valeur d'impédance (nie) à la sortie des cellules,

moins rapide que SC,

Ses performances peuvent être améliorées en utilisant plusieurs méthodes d'étalonnage. Malgré

tout, le maximum de résolution et les fréquences atteintes sont très loin derrière celles des SC

(12-bit et quelques MHz). La gure 2.38 montre le schéma d'un intégrateur en SI dans le cas

d'une structure simple.

Fig. 2.38 Circuit d'intégrateur aux courants commutés simple

RC-active, Gm-C, Mosfet-C, Gm-MC:

An de réaliser un modulateur à temps continu, on utilise souvent des intégrateurs de type actif

comme le montre la gure 2.39. Toutes ces techniques (RC-active, Gm-C, Mosfet-C, Gm-MC)

sont conformes à la technologie d'intégration CMOS [58]. L'élément clé de ces intégrateurs est

toujours l'ampli-op à transconductance, mais, la grande diculté est la variation aléatoire des

valeurs absolues des éléments. Les erreurs des valeurs absolues des éléments (G

m

, C et R

_ch

) déterminent l'erreur des caractéristiques d'intégrateur comme exprimée à la gure 2.39. On

remarque que cela est un inconvénient important de l'intégrateur continu par rapport au cas

précédent (SC et SI) où les erreurs relatives des éléments sont seulement déterminant. En plus,

la linéarité de circuitsGm−Cest faible et ils consomment beaucoup. Cette technique ne semble

donc pas prometteuse pour l'avenir des convertisseurs précis de fréquence élevée.

Fig. 2.39 Diérents type de réalisation d'un intégrateur à temps continu

LC-intégré

An de construire un modulateur passe-bande à temps continu et de fréquence élevée (fréquence

du signal d'entrée supérieure à 300MHz), un ltre LC-intégré peut potentiellement être l'un des

candidats favoris. En utilisant une technologie CMOS standard, les modulateurs parviennent

dicilement jusqu'à ces fréquences, alors qu'une self intégrée (L) ne peut pas être réalisable en

basses fréquences. La technologie avancée comme celle de 90nm-CMOS est un des candidats,

mais le meilleur candidat reste le BICMOS. Le développement actuel de la technologie CMOS

qui est à la fois peu coûteuse et able, et de consommation raisonnable, pourra être la première

à être choisie à l'avenir an de réaliser des circuits radio-fréquences pouvant atteindre 3GHz,

fréquences des récepteurs portables, GSM, ADSL, VDSL. Un autre travail de thèse met en

÷uvre diérents aspects du modulateur passe-bande en utilisant des ltres à la base de

LC-intégré dans notre laboratoire [24].

Fig. 2.40 ModulateurΣ∆ en utilisant ligne de transmissionT L

TL, ou câble-coaxial

Cette méthode est utilisée dans les modulateurs à temps continu fonctionnant à des fréquence

beaucoup plus élevées (au-delà de 1GHz). C'est une des méthodes ecaces contre l'eet de la

gigue d'horloge dans les modulateurs à temps continu. Ces méthodes sont pour l'instant en

phase de recherche et de développement. La limite principale est l'implantation de n'importe

quelle sorte de guide d'onde (par exemple celle de ligne de transmission TL) sur des puces

électroniques de technologie CMOS. La gure 2.40 montre un exemple de cette architecture

récemment utilisée dans la réalisation de modulateurs à haute performance [25, 26, 59]. Le

principe sera mieux compris si on rappelle l'équation de correspondance de l'impédance d'un

résonateur de TL avec une longueurβl=mπ

_f^e

e

illustrée sur la gure 2.40 :

Z

_{T L}

(s) = ^V

^{T L}

^(s)

V

_{T L}

(s) ^=Z

^o

1±e

−2sδT

1∓e

−2sδT

connecté à la masse / ouvert

Z

T L

(z) = Z

o

1±z

−m

1∓z

−m

, ;en mettant z≡e

^sT

pour_≈

fe 4

(2.54)

N T F

_{T L}

(z) = ¹±z

−m

1∓(1±2|CN A(z)|z

o

)z

−m

,équivalant en zà

fe 4

En résumé, un modulateur réalisé par TL se comporte :

comme un modulateur à temps continu car la partie d'échantillonnage se trouve juste avant

le quanticateur.

comme un modulateur à temps discret car des résonateur et des intégrateur de base sur

les circuits TL ont des fonction de transfert similaire à celles à temps discret.

Dans le document Nouvelles techniques d'appariement dynamique dans un CNA multibit pour les convertisseurs sigma-delta (Page 55-58)