Analog-to-digital conversion via time-mode signal processing

• Main Author: Taillefer, Christopher
• Other Authors: Gordon W Roberts (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2008
• Subjects: Engineering - Electronics and Electrical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=18669

Conventional voltage-mode analog-to-digital converters use voltage amplifiers, voltage comparators, and switch capacitor networks to perform their signal processing. When compared to digital circuitry, these analog circuit blocks consume significant power, occupy large silicon areas, and operate at relatively slow data processing speeds. A signal processing methodology is proposed that performs analog-to-digital conversion on voltage signals while implementing all the circuits in a digital CMOS logic style. This methodology, called time-mode signal processing, uses time-difference variables as an intermediate signal between the input voltage and digital output. The resulting silicon devices offer very compact, low power, high-speed, and robust analog-to-digital converter alternatives. There are five main analog-to-digital converter topologies: flash, successiveapproximation, pipeline, delta-sigma, and integrating converters. Each converter topology is presented in the context of the time-mode signal processing methodology. The circuits that implement each time-mode data converter are described and when appropriate system-level, transistor-level, and experimental results are revealed. Three integrated circuits (IC) were fabricated in a 0.18-µm CMOS technology to demonstrate the feasibility of the time-mode ADC methodology. The first IC implemented the time-mode comparator and a time-mode flash ADC. The timemode delta-sigma ADC design was demonstrated in the second IC. Two circuits were implemented in the third IC: a differential-input time-mode delta-sigma ADC and a cyclic (or algorithmic) ADC. === Les convertisseurs conventionnels pour changer la tension analogique à une tension numérique emploient les amplificateurs de tension, les comparateurs de tension, et les résaux de condensateur sélectionable pour acquir leur traitement de signal. En comparaison le circuit des modules analogues vis-à-vis le circuit numérique nous constatons une augmentation de puissance, une superficie de silicium moins compacte, et un traitement de données beaucoup plus lent. Une méthodologie est proposée pour le traitement du signal qui établi la conversion analogue à numérique sur les signaux de tension et tout en mettant en oeuvre tous les circuits dans un format numérique de type circuit à semiconducteur oxyde-métal à symétrie complémentaire (CMOS). Cette méthodologie reconnue sur le nom de technique-temporelle donne un traitement de signal par domaine temporel en employant la variance de cadence entre les temps comme un signal intermédiare entre la tension d'entrée et la tension de sortie numérique. Les formats numériques de type circuit semiconducteur nous offrent une alternative en temps convertisseur d'analogue à numérique avec l'avantage d'une unité compact, robuste, un coût de puissance réduit, et une haute-vitesse efficace. Il existe cinq topologies principales dans les convertisseurs analogiques à numérique: flash, approximations successives, pipeline, delta-sigma, convertisseurs intégrés. Dans chacune des topologies mentionnées ci-dessus, le traitement de signal par technique-temporelle est une méthode réconnue. Les circuits employés par chaque convertisseur de donnée par technique temporelle sont décrits lorsque le niveau du système est approprié, le niveau du transitor, et les données expérimentales sont identifiés. Trois circuits intégrés (CI) ont été conçus et fabriqués, avec une technologie de 0,18-µm CMOS pour démontrer la possibilité de la méthodologie du techniquetemporelle convertisseur analogique-numéri