TIQ tabanlı 8 bit folding A/D dönüştürücü tasarımı ve simülasyonu

Abstract

TIQ TABANLI 8 BİT FOLDING A/D DÖNÜŞTÜRÜCÜ TASARIMI VE SİMÜLASYONU Mehmet Fatih TEKİN Anahtar Kelimeler : Folding ADC, TIQ, Analog Dijital Dönüştürücü. Özet: Bu çalışmada; folding ve TIQ (Threshold Inverter Quantization) tekniği birleştirilerek bir analog dijital dönüştürücü tasarlanmıştır. TIQ A/D dönüştürücü, TIQ katlan, dinamik tutucu, kod çözücü devre ve PLA'den oluşur. Bir TIQ katı, iki evirici hücresi ard arda bağlanarak oluşturulur, analog giriş sinyalinin kuantalama seviyeleri; giriş katındaki transistor boyutlarının değişimi ve bunun sonucunda gerilim transfer eğrilerinin değiştirilmesi ile ayarlanır. Transistorun performansının kontrolünde kanal genişliği `L`, kanal boyu `W` daha etkilidir. Bu nedenle `L` sabit tutulup `W` değiştirilerek kuantalama seviyeleri ayarlanmıştır. İkinci evirici kat, kazancı yükseltmek ve lojik seviye dönüşümünü yapmak için kullanılmıştır. Böylece içten ayarlı bir karşılaştmcı devresi gibi davranan bir devre elde edilerek full-flash A/D dönüştürücülerdeki karşılaştmcı tasarımı ve direnç dizisi problemi halledilmiştir. Fakat TIQ tekniği ile 7 bitten yüksek çözünürlüklere çıkıldığında giriş aralığının seviyelendirilmesi güçleşir. Örneğin 1 ile 3 V arasını 256 seviyeye (8bit) ayırmak istersek; 7 mV'luk adımlarla TIQ katlarını tasarlamamız gerekmektedir. Bu durumu gidermek için full-flash dönüştürücülerde de kullanılan folding tekniği uygulanmıştır. Bu yapı; folding devresi, kaba ve hassas TIQ A/D dönüştürücülerden oluşur. Folding devresi, giriş işaretini istenilen seviyede katlar. Giriş işareti kaba dönüştürücü ve folding devresine uygulanır. Folding devresinin çıkışı hassas A/D dönüştürücünün girişine iletilir. Böylece kaba ve hassas dönüştürücülerin çıkışında eş zamanlı olarak dijital bitler elde edilmiş olur. Folding tekniğinde karşılaşılan güçlükler ise; analog devre olan folding devresinin çalışma frekansı; giriş işaretinin çalışma frekansı ile katlama seviyesinin çarpımı kadar yüksek olmalıdır. Ayrıca yüksek frekanslarda folding devresinin çıkışında kapasitif etkilerden dolayı bant genişliği problemi ile karşılaşılmaktadır. Bu problem de ek devreler ile çözülmeye çalışılmıştır.

8 BIT FOLDING A/D CONVERTER BASED ON TIQ DESIGN AND SIMULATION Mehmet Fatih TEKİN Keywords: Folding ADC, TIQ, Analog-to-Digital Converter. Abstract: This study introduces TIQ and folding techniques for analog-to-digital converter applications. The TIQ is based on a CMOS inverter cell. This method uses two cascaded CMOS inverters. The analog input signal quantization level is set in the first stage by changing the voltage transfer curve by means of transistor sizing. Since the transistor channel length L, is more effective than the channel length width W, L is kept constant and only W is changed during the design process. The second inverter stage is used for increased gain and logic level inversion so that the circuit behaves as an internally set comparator circuit. As a result, problems related to resistor array and traditional comparator design are eliminated. It is difficult to adjust input signal quantization levels with TIQ technique for resolutions larger than 7 bits. This problem is eliminated with folding technique, which contain folding circuit, coarse and fine TIQ A/D converters. Input signal is folded by folding circuit depending on the coarse ADC resolution. The input voltage is applied to the folding circuit and the output of this folding circuit is connected to a fine A/D converter. The input signal is also directly connected to a coarse A/D converter. So that digital bits are generated synchronously. At the high frequencies, folding circuit output were distorted due to capasitive effect during transient anaysis. In this study, these effects have been reduced by additional circuits. m