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Publicação
Design of a programmable reference voltage with an output buffer for a Sigma-Delta modulator
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 9.33 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
A circuit capable of providing an accurate and precise reference voltage is an essential
building block of many high performance circuits. In an Analog to Digital Converter
(ADC), the reference circuit is comprised of a bandgap, to provide a stable and precise
voltage, and a buffer to drive the ADC and shield the bandgap from the perturbations
introduced by the ADC.
This thesis describes the study and design process of a programmable reference
voltage with an output buffer for a sigma-delta modulator, with a resolution of 12 bits and
a bandwidth of 12 𝑀𝐻𝑧. This work focuses on the design of the bandgap and sub-circuits
introduced to improve its performance, as well as the challenges associated with the design
of a buffer capable of a wide range of output voltages. This circuit is made programmable
in order to calibrate the Sigma-Delta Modulator ADC, through an adjustable reference
voltage.
The circuit was designed using a 40 nm Complementary Metal–Oxide–Semiconductor
(CMOS) technology. The bandgap circuit achieved a 35.2 𝑝𝑝𝑚/𝐶◦ temperature coefficient
and a ±1.476% voltage error, with a current consumption of 198.1 𝜇𝐴. The high speed
output buffer was set to operate with a maximum recovery time of 312.5 𝑝𝑠 and drive a
550 𝑝𝐹 max load capacitance, obtaining between ±1.005% and ±1.944% voltage error, for
1.1 𝑉 and 550 𝑚𝑉, respectively, with a current consumption of 9.127 𝑚𝐴.
The complete reference circuit provides a range of 8 voltages between 550 𝑚𝑉 and 1.1
𝑉 with a voltage error of ±2.186%, while consuming a total of 9.325 𝑚𝐴.
Um circuito capaz de fornecer uma tensão de referência exacta e precisa é um elemento essencial de muitos circuitos de elevado desempenho. Num conversor analógico-digital (ADC), o circuito de referência é composto por um bandgap, para fornecer uma tensão estável e precisa, e um buffer para acionar o ADC e proteger o bandgap das perturbações introduzidas pelo ADC. Esta dissertação descreve o estudo e o processo de conceção de uma tensão de referência programável com um buffer de saída para um modulador sigma-delta, com resolução de 12 bits e uma largura de banda de 12 𝑀𝐻𝑧. Este trabalho centra-se na conceção do bandgap e dos sub-circuitos introduzidos para melhorar o seu desempenho, bem como nos desafios associados à conceção de um buffer capaz de uma vasta gama de tensões de saída. Este circuito é programável de forma a calibrar o modulador Sigma-Delta ADC, através de uma tensão de referência ajustável. O circuito foi projetado utilizando uma tecnologia CMOS de 40 nm. O circuito de bandgap atingiu um coeficiente de temperatura de 35, 2 𝑝𝑝𝑚/𝐶◦ e um erro de tensão de ±1, 476%, com um consumo de corrente de 198, 1 𝜇𝐴. O buffer de saída de alta velocidade foi definido para funcionar com um tempo máximo de recuperação de 312.5 𝑝𝑠 e conduzir uma capacidade de carga máxima de 550 𝑝𝐹, obtendo-se entre ±1, 005% e ±1, 944% de erro de tensão, para 1, 1 𝑉 e 550 𝑚𝑉, respetivamente, com um consumo de corrente de 9, 127 𝑚𝐴. O circuito de referência completo fornece uma gama de 8 tensões entre 550 𝑚𝑉 e 1, 1 𝑉 com um erro de tensão de ±2, 186%, consumindo um total de 9, 325 𝑚𝐴.
Um circuito capaz de fornecer uma tensão de referência exacta e precisa é um elemento essencial de muitos circuitos de elevado desempenho. Num conversor analógico-digital (ADC), o circuito de referência é composto por um bandgap, para fornecer uma tensão estável e precisa, e um buffer para acionar o ADC e proteger o bandgap das perturbações introduzidas pelo ADC. Esta dissertação descreve o estudo e o processo de conceção de uma tensão de referência programável com um buffer de saída para um modulador sigma-delta, com resolução de 12 bits e uma largura de banda de 12 𝑀𝐻𝑧. Este trabalho centra-se na conceção do bandgap e dos sub-circuitos introduzidos para melhorar o seu desempenho, bem como nos desafios associados à conceção de um buffer capaz de uma vasta gama de tensões de saída. Este circuito é programável de forma a calibrar o modulador Sigma-Delta ADC, através de uma tensão de referência ajustável. O circuito foi projetado utilizando uma tecnologia CMOS de 40 nm. O circuito de bandgap atingiu um coeficiente de temperatura de 35, 2 𝑝𝑝𝑚/𝐶◦ e um erro de tensão de ±1, 476%, com um consumo de corrente de 198, 1 𝜇𝐴. O buffer de saída de alta velocidade foi definido para funcionar com um tempo máximo de recuperação de 312.5 𝑝𝑠 e conduzir uma capacidade de carga máxima de 550 𝑝𝐹, obtendo-se entre ±1, 005% e ±1, 944% de erro de tensão, para 1, 1 𝑉 e 550 𝑚𝑉, respetivamente, com um consumo de corrente de 9, 127 𝑚𝐴. O circuito de referência completo fornece uma gama de 8 tensões entre 550 𝑚𝑉 e 1, 1 𝑉 com um erro de tensão de ±2, 186%, consumindo um total de 9, 325 𝑚𝐴.
Descrição
Palavras-chave
ADC Programmable Reference Voltage Bandgap Voltage Reference Curvature Compensation Chopping Technique Buffer