Systematischer Entwurfsprozess für Sigma-Delta A/D Umsetzer mit parametrisierbarer Optimierung

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Mathis; Professor Dr.-Ing. Maurits Ortmanns
• Subject Area: Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2009 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 132607068

Analog-Digital Umsetzer gehören zu den grundlegendsten Schaltungskomponenten jeder modernen, mikroelektronischen Schaltung. In letzter Zeit hat dabei der sogenannte Sigma- Delta Umsetzer sowohl im akademischen als auch industriellen Umfeld besonderes Interesse erlangt, da er in neuen Technologien bisher ungeahnte Umsetzraten und Geschwindigkeiten erreicht, und daneben fehlertolerant hohe Auflösungen bei niedrigem Leistungsverbrauch liefert. Das Prinzip des Sigma-Delta (∑∆) Wandlers basiert dabei auf einem Regelkonzept, das durch Filterung den Fehler des Quantisierungsprozesses unterdrückt, und damit eine hohe Auflösung erzielt. Doch während der Entwurf von monolithisch integrierten Filtern seit 3 Jahrzehnten kontinuierliche Fortschritte gemacht hat, basiert der Entwurf von Filtern Im ∑∆ Wandler übenwiegend auf Filterarchitekturen der 70er Jahre, unter anderem der Kaskade von Integratoren. In Publikationen als „neue Filter bezeichnete Architekturen sind meist davon leicht modifizierte Versionen.Dieser Sachverhalt legt nahe, wie dringend eine grundlegende Untersuchung und ein automatisiertes Werkzeug für den optimalen Entwurf von Filtern für ∑∆ Modulatoren sind. Hierbei bezieht sich optimal auf noch näher zu bestimmende Eigenschaften des Gesamtsystems. Das vorgeschlagene Forschungsvorhaben soll bisher vorgestellte Filter für ∑∆ Modulatoren auf ihre grundlegenden Prinzipien des Filterentwurfs reduzieren und die davon ausgehenden Vor- und Nachteile für die Nutzung in Sigma-Delta Wandlern charakterisieren. Ausgehend von typischen Entwurfskriterien für den ∑∆ Umsetzer sollen sodann weitere Filterarchitekturen auf ihren Einsatz im Sigma-Delta Wandler hin untersucht werden. Das darauf aufbauende Ziel ist eine halbautomatische Entwurfsmethode mit parametrisierbarer Optimierung von Filtern für ∑∆ Modulatoren. Im Rahmen dieses Entwurfsprozesses soll die Filterstruktur nicht a priori festgelegt werden oder gar eine Standardisierung der Architektur des Gesamtsystems erfolgen, da dies für den potenziellen Nutzerkreis - Entwicklern von A/D-Umsetzen - nicht hilfreich ist und nicht akzeptiert würde. Der Nutzer des angestrebten Entwurfswerkzeugs soll auch weiterhin seine Prioritäten setzen können, aber mit dem in diesem Vorhaben erforschten Verfahren für diese Prioritäten den optimalen Filter in dem oben genannten Sinne entwerfen können.Die Zusammenführung der Expertisen der Antragsteller auf dem Gebiet der Modellierung und des integrierten Entwurfs von Sigma-Delta A/D Umsetzern (Ortmanns) mit der Signalund Filtertheorie sowie Simulation und Optimierung (Mathis) ermöglicht eine grundlegende und zukunftsweisende Arbeit in dem vorgeschlagenen Forschungsprojekt.

• DFG Programme: Research Grants