طراحی و بهینه¬سازی مدولاتور دلتا-سیگمای دیجیتال برای ترکیب کننده های فرکانس کسری

مدولاتور دلتا-سیگمای دیجیتال به¬طور گسترده در مدارات الکترونیکی شامل مبدل¬های دیجیتال به آنالوگ فرانمونه¬برداری، تقویت¬کننده¬های توان کلاس d و ترکیب¬کننده¬های فرکانس کسری استفاده¬ می¬شود. خروجی این مدولاتور¬ها هنگامی¬که با ورودی dc کار می¬کنند متناوب است بنابراین یک طیف توان گسسته دارد. دوره تناوب پایین خروجی باعث می¬شود که براساس قاعده¬ی پارسوال توان بر تعداد کمتری از تن¬های طیف توان تقسیم شود بنابراین سطح توان تن¬های گسسته و شاخک¬ها در طیف توان خروجی افزایش می¬یابد. این تن¬ها باعث افزایش نویز فاز ترکیب¬کننده¬های فرکانس کسری می¬شوند. روش¬های مختلفی برای کاهش شاخک¬ها و افزایش دوره تناوب پیشنهاد شده که در این پایان¬نامه مقایسه¬ای بین آنها صورت گرفته است. برای کاهش سخت¬افزار مصرفی از روش تودرتو استفاده شده است. در این روش ورودی مدولاتور به چند بخش تقسیم می¬شود و هر بخش قبل از اضافه شدن به بخش بعدی توسط یک مدولاتور از مرتبه¬ی پایین تر پردازش می-شود. این روش با استفاده از مدولاتور¬های مرسوم دارای شاخک و سطح توان نویز بالا در طیف خروجی است بنابراین از روشی بهینه برای افزایش طول سیکل خروجی و کاهش شاخک¬ها استفاده شده است که بدون تغییر در میانگین خروجی، کاهش محدوده¬ی ورودی پایدار و افزایش سخت افزار دوره تناوب را به مقدار قابل توجه¬ای بالا می¬¬برد. ساختار پیشنهادی برای یک مدولاتور مرتبه سوم 13 بیتی شبیه¬سازی شده که یک کاهش db15 را در سطح طیف توان نویز خروجی نسبت¬به روش¬ تودرتوی پیشین مشاهده می¬شود. بطوری¬که قابلیت جانشینی مدولاتور¬های با عرض بیت بالا در روش قبلی را دارد. برای افزایش بیشینه¬ی فرکانس کاری و کاهش توان مصرفی از روش پایپ¬لاین و جمع-کننده¬های پرش رقم نقلی استفاده شده است. بنابراین نتایج پیاده¬سازی توسط زبان توصیف سخت¬افزار vhdl کاهش 20% سخت¬افزار نسبت¬به روش¬ 1-1-1mash 13 بیتی مرسوم را گزارش می¬دهد. همچنین نسبت به ساختار تودرتوی قبلی، بیشنه¬ی فرکانس کاری 3 برابر شده و توان 15% کاهش داشته است. استفاده از مدولاتورهای با مدول انتخابی باعث افزایش انعطاف¬پذیری و دقت ترکیب¬کننده¬های فرکانسی می¬شود روش پیشنهادی برای 1-1-1mash مدول انتخابی کاهشdb 17 را در چگالی طیف توان نتیجه می¬دهد. نتایج پیاده¬سازی مدولاتور مدول انتخابی پیشنهادی کاهش 35% سخت¬افزار 13% توان مصرفی و 3 برابر شدن فرکانس خروجی را نشان می¬دهد.