Mixed Simulations and Design of a Wideband Continuous-Time Bandpass Delta-Sigma Converter Dedicated to Software Defined Radio Applications

Abstract

La chaîne de réception des téléphones mobiles de dernière génération utilisent au moins deux étages de transposition en fréquence avant d'effectuer la démodulation en quadrature. La transposition en fréquence augmente la complexité du système et engendre de nombreux problèmes tels que la limitation de l'échelle dynamique et l'introduction de bruit issu de l'oscillateur local. Il est alors nécessaire d'envisager une numérisation du signal le plus près possible de l'antenne. Cette dernière permet la conversion directe d'un signal analogique en un signal numérique à des fréquences intermédiaires. Elle simplifie ainsi la conception globale du système et limite les problèmes liés aux mélangeurs. Pour cela, des architectures moins conventionnelles doivent être développées, comme la conversion analogique-numérique utilisant la modulation Sigma-Delta à temps continu. La modélisation comportementale de ce convertisseur analogique-numérique, ainsi que la conception des principaux blocs ont donc été l'objet de cette thèse. L'application d'une méthodologie de conception avancée, permettant la simulation mixte des blocs fonctionnels à différents niveaux d'abstraction, a permis de valider aussi bien la conception des circuits que le système global de conversion. En utilisant une architecture à multiples boucles de retour avec un quantificateur multi-bit, le convertisseur Sigma-Delta passe bande à temps continu atteint un rapport signal sur bruit (SNR) d'environ 76 dB dans une large bande de 20MHz.

Wireless front-end receivers of last generation mobile devices operate at least two frequency translations before I/Q demodulation. Frequency translation increases the system complexity, introducing several problems associated with the mixers (dynamic range limitation, noise injection from the local oscillator, etc.). Herein, the position of the analog-to-digital interface in the receiver chain can play an important role. Moving the analog-to-digital converter (ADC) as near as possible to the antenna, permits to simplify the overall system design and to alleviate requirements associated with analog functions (filters, mixers). These currently requirements have led to a great effort in designing improved architectures as Continuous-Time Delta-Sigma ADCs. The behavioural modeling this converter, although the circuit design of the main blocks has been the subject of this thesis. The use of an advanced design methodology, allowing the mixed simulation at different levels of abstraction, allows to validate both the circuit design and the overall system conversion. Using a multi-feedback architecture associated with a multi-bit quantizer, the continuous-time Bandpass Delta-Sigma converter achieves a SNR of about 76 dB in a wide band of 20MHz.