Gui driven sigma-delta modulator design and measurement tool with a view of medical ultrasound imaging implementation

Abstract

Karma işaret tabanlı sistemlerin yaygın kullanılması, dijital teknolojinin sağladığıyararlarla birleşince, analog-dijital ve dijital-analog yüksek çözünürlü çeviricilere olanihtiyaç dikkati çeker bir şekilde artmıştır. Sigma-delta modülasyon tabanlıanalog-dijital çeviriciler düşük-orta sinyal bant genişliği uygulamaları için çok yüksekçözünürlük sağlama kapasitesine sahiptirler. Bu çeviriciler yüksek hızda örnekleme vegürültü ayarlama tekniklerini kullanarak genlik çözünürlüğünü arttırırlar.Bu çalışmada sigma-delta modülatörlerin kuramı ve avantajları sunulmaktadır. Budoğrultuda, alçak ve dar bantlı bant-geçiren çeviriciler tasarlandı, incelendi ve analizedildi. Sigma -delta modülatör topolojileri Simulink kullanılarak modellendi ve MATLABtabanında yönlendirme kodları yazılarak farklı uygulamaları yapıldı. Çeşitli Butterworthve Ters Chehebyshev tabanlı sigma-delta modülatörler, sinyal-gürültü oranını(SNR) arttırmak için davranışsal düzeyde tasarlandı ve gerçekleştirildi. Sistemin performansanalizleri ve zorlukları çeşitli tek döngülü ve çok döngülü alçak-geçiren verezonans tabanlı bant-geçiren sigma-delta modülatör simulasyonlarıyla analiz edildi.Sistem düzeyinde tek döngülü ve çok döngülü sigma-delta modülatörlerin tasarımını vedeğerlendirmesini çabuklaştırmak için bir tasarım aracı geliştirildi. Medikal ultasondemetleme uygulaması olarak tasarım aracında geliştirilmiş ikinci derece alçak geçirensigma-delta modülatör kullanıldı. Bu amaçla, 10-bit analog-dijital çevirici ile elde edilmişimaj ile tek-bitlik sigma-delta modulator ile elde edilmiş imajlar karşılaştırıldı . 1-bitliksigma-delta modülatör kullanmanın avantajları ve zorlukları verildi.

The widespread use of mixed-signal based systems in conjunction with thevarious benets provided by digital techniques have signicantly increased the need forhigh resolution analog-to-digital (A/D) and digital-to-analog (D/A) converters. The(A/D) converter based on the sigma-delta modulation is capable of providinga very high resolution for low-to-medium signal bandwidth applications. It utilizesoversampling and noise-shaping to trade-off operation speed for amplitude resolution.In this study the theory and advantages of sigma-delta converters are introduced.Low-pass and narrow-band band-pass sigma-delta modulators are designed, examined andanalyzed. A variety of §¡¢ converter topologies are modeled in Simulink and MATLABroutines are written. Various Butterworth and inverse Chebyshev based sigma-deltamodulators are designed and implemented at the behavioral-level to enhance SNRs.The system performance analysis and tradeoffs are analyzed via various single-loopand multi-stage low-pass and resonator-based band-pass sigma-delta modulator simulations.A user-friendly software tool is developed to speed up the design, analysis,evaluation and measurement of single-loop and multistage sigma-delta modulators at thesystem-level. Using second-order low-pass sigma-delta modulator built in the design toolis used in the medical ultrasound beamforming implementation. For this aim, a comparisonof ultrasound images constructed by beamformer architectures that use 10-bitADC's and single-bit sigma-delta modulators are performed. The benefits and trade-offs ofusing 1-bit sigma-delta modulators are examined.