Sigma Delta
Páginas: 9 (2229 palabras)
Publicado: 14 de septiembre de 2011
Ejercicio 7
Los conversores sigma delta son sistemas de modulación y conversión analógico-digital, cuya principal característica es una redistribución del espectro de ruido, llamada noise shaping, la cual permite algunas prestaciones que se detallarán más adelante.
El sistema sugerido por la cátedra fue analizado y simulado en Pspice, resultando el circuito completo como ilustra lasiguiente figura:
[pic]
Figura 7. 1 - Circuito completo a implementar. Arriba se encuentra el sistema de modulación sigma delta propiamente dicho, y abajo el filtro recuperador analógico que demodula la señal digital.
Se procederá a analizar cada bloque visualizado en el circuito, por separado.
Bloque “Diferenciador”
El sistema de modulación sigma delta aimplementar se basa en, como se verá más adelante, integrar por separado dos entradas que en realidad conforman una entrada diferencial.
Por esto, debe incorporarse al circuito un bloque que transforme una señal a modo diferencial, lo cual se realiza mediante el siguiente circuito:
[pic]
Figura 7. 2 - Bloque "diferenciador" utilizado en el circuito.
El bloque estáformado por un buffer y un inversor (cuya ganancia se regula con un preset), de modo tal que la salida del bloque sea una señal diferencial de doble de amplitud de la señal de entrada (dado que, como se verá más adelante, esto compensará una futura atenuación que recibirá la señal).
Integrador Diferencial
Para el circuito implementado, la modulación sigma delta propiamente dicha serealiza mediante el conjunto Integrador diferencial + Comparador sincrónico (este último formado por el conjunto comparador + flip-flop).
Para analizar la transferencia del circuito, se calculará la del integrador de una sola de las entradas que conforman la entrada diferencial y luego se dirá que la salida del integrador diferencial es la resta de las salidas, a través del comparador. Finalmente,asumiendo que la única función del comparador es sumar ruido de cuantización, se comprobará que la transferencia de todo el circuito es pasa altos para el ruido, y pasatodo (idealmente) para la señal de entrada. En consecuencia, la transferencia del circuito será equivalente a una modulación sigma delta.
Transferencia del integrador diferencial realimentado:
Para analizar estatransferencia, el integrador diferencial se simuló en Pspice de la siguiente manera:
[pic]
Figura 7. 3 - Circuito usado para simular el Integrador diferencial. Consta de dos hemicircuitos que afectan por separado cada entrada.
En la figura se observa que se separó el integrador en dos hemicircuitos, que en principio afectan a cada entrada por separado. No obstante, como severá a continuación, las entradas de los amplificadores operacionales usados están conectadas entre sí (cada entrada con la opuesta en el otro operacional).
Cada uno de los bloques jerárquicos de la figura anterior, corresponde al siguiente hemicircuito:
[pic]
Figura 7. 4 - Hemicircuito diferencial que afecta cada entrada del sistema.
Siguiendo una línea de razonamientosimilar al propuesto en el pdf correspondiente a la clase de capacitores switcheados, provisto por la cátedra, se analizará la transferencia del hemicircuito partiendo de la variación de carga de los capacitores:
Si en la muestra n el flip flop recibe una señal Vo(n), la misma será ingresada a cada hemicircuito por los lazos de realimentación. No obstante, por tratarse el flip flop de uncomponente sincrónico controlado por el mismo clock que controla las llaves, la señal que ingrese a través de la realimentación al hemicircuito será la correspondiente al pulso anterior del clock.
Si en el pulso n, el capacitor se había cargado con Vi, esto es:
q1(n)=C1.Vin(n)
En el semiperíodo (SP) de clock siguiente (a raíz del desfasaje entre CLK1 y CLK2) el capacitor se cargará...
Los conversores sigma delta son sistemas de modulación y conversión analógico-digital, cuya principal característica es una redistribución del espectro de ruido, llamada noise shaping, la cual permite algunas prestaciones que se detallarán más adelante.
El sistema sugerido por la cátedra fue analizado y simulado en Pspice, resultando el circuito completo como ilustra lasiguiente figura:
[pic]
Figura 7. 1 - Circuito completo a implementar. Arriba se encuentra el sistema de modulación sigma delta propiamente dicho, y abajo el filtro recuperador analógico que demodula la señal digital.
Se procederá a analizar cada bloque visualizado en el circuito, por separado.
Bloque “Diferenciador”
El sistema de modulación sigma delta aimplementar se basa en, como se verá más adelante, integrar por separado dos entradas que en realidad conforman una entrada diferencial.
Por esto, debe incorporarse al circuito un bloque que transforme una señal a modo diferencial, lo cual se realiza mediante el siguiente circuito:
[pic]
Figura 7. 2 - Bloque "diferenciador" utilizado en el circuito.
El bloque estáformado por un buffer y un inversor (cuya ganancia se regula con un preset), de modo tal que la salida del bloque sea una señal diferencial de doble de amplitud de la señal de entrada (dado que, como se verá más adelante, esto compensará una futura atenuación que recibirá la señal).
Integrador Diferencial
Para el circuito implementado, la modulación sigma delta propiamente dicha serealiza mediante el conjunto Integrador diferencial + Comparador sincrónico (este último formado por el conjunto comparador + flip-flop).
Para analizar la transferencia del circuito, se calculará la del integrador de una sola de las entradas que conforman la entrada diferencial y luego se dirá que la salida del integrador diferencial es la resta de las salidas, a través del comparador. Finalmente,asumiendo que la única función del comparador es sumar ruido de cuantización, se comprobará que la transferencia de todo el circuito es pasa altos para el ruido, y pasatodo (idealmente) para la señal de entrada. En consecuencia, la transferencia del circuito será equivalente a una modulación sigma delta.
Transferencia del integrador diferencial realimentado:
Para analizar estatransferencia, el integrador diferencial se simuló en Pspice de la siguiente manera:
[pic]
Figura 7. 3 - Circuito usado para simular el Integrador diferencial. Consta de dos hemicircuitos que afectan por separado cada entrada.
En la figura se observa que se separó el integrador en dos hemicircuitos, que en principio afectan a cada entrada por separado. No obstante, como severá a continuación, las entradas de los amplificadores operacionales usados están conectadas entre sí (cada entrada con la opuesta en el otro operacional).
Cada uno de los bloques jerárquicos de la figura anterior, corresponde al siguiente hemicircuito:
[pic]
Figura 7. 4 - Hemicircuito diferencial que afecta cada entrada del sistema.
Siguiendo una línea de razonamientosimilar al propuesto en el pdf correspondiente a la clase de capacitores switcheados, provisto por la cátedra, se analizará la transferencia del hemicircuito partiendo de la variación de carga de los capacitores:
Si en la muestra n el flip flop recibe una señal Vo(n), la misma será ingresada a cada hemicircuito por los lazos de realimentación. No obstante, por tratarse el flip flop de uncomponente sincrónico controlado por el mismo clock que controla las llaves, la señal que ingrese a través de la realimentación al hemicircuito será la correspondiente al pulso anterior del clock.
Si en el pulso n, el capacitor se había cargado con Vi, esto es:
q1(n)=C1.Vin(n)
En el semiperíodo (SP) de clock siguiente (a raíz del desfasaje entre CLK1 y CLK2) el capacitor se cargará...
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