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Les convertisseurs numérique-analogique silencieux et haut débit

Des scientifiques financés par l'UE ont réussi à concevoir un convertisseur numérique-analogique (CNA) qui démontre une faible distorsion à des fréquences de sortie élevées. Les formes d'onde pures sont particulièrement importantes pour les systèmes de communication sans fil de la nouvelle génération, la télévision par câble ou les équipements de fréquence radio qui demandent des taux de données élevés.
Les convertisseurs numérique-analogique silencieux et haut débit
Les appareils à circuit intégré ne sont pas des composants idéaux et les CNA n'y font pas exception. Le bruit des appareils et la non linéarité ne permet pas au domaine de fréquence d'un signal purement analogique de disposer de toute la puissance concentrée à la fréquence souhaitée. Les architectes du système font référence à la dynamique de modulation sans parasites (DMSP) pour mesurer le ratio entre le signal fondamental et le bruit le plus important ou le composant de distorsion harmonique.

En cherchant à augmenter les performances et la fiabilité des CNA, les scientifiques de HSDAC (A 16-bit, 2 Giga -sample-per-second, Digital-to-Analog Converter with 85 dB SFDR at Fout=400MHz) ont réalisé un travail important pour réduire la DMSP à hautes fréquences. L'objectif était d'atteindre une valeur DMSP de 85 dB qui était 9 dB au-dessus du meilleur CNA disponible en 2014. Maintenir le DMSP bas permet d'éviter que l'émetteur n'envoie des signaux parasites dans les bandes de fréquence voisines qui passent dans l'air ou les câbles.

Les scientifiques ont utilisé diverses techniques comme l'extraction de parasites, Monte Carlo et une analyse d'angle pour concevoir un CNA double canal 16 bits faible puissance. En optimisant les tailles des transistors, minimisant la taille des circuits de commutation et en réduisant les temporisateurs des sources de courant segmentées, ils ont obtenu des valeurs DMSP inférieures à 78 dB à 240 MHz. Après avoir augmenté le taux d'échantillonnage du signal, obtenant donc une fréquence de sortie de 1,1 GHz, l'équipe a réalisé un DMSP de 85 dB avec un faible balancement de sortie. Une interface de taux de données double et un filtre numérique avec des propriétés de quantification ont également été conçus pour pouvoir supporter un DMSP de 95 dB.

Outre le premier CNA qui utilisait des doubles sources de courant cascode, l'équipe du projet a conçu un autre CNA avec courant de sortie résultant d'un cascode plié. Différentes approches ont été adoptées pour minimiser la diaphonie. D'autres itérations de plan sont nécessaires pour dépasser un DMSP de 85 dB dans les simulations post-aménagement.

Générer des formes d'onde plus précises à des fréquences élevées nécessite l'identification et la compréhension des mécanismes d'erreur CNA. HSDAC a apporté une grande contribution et les résultats ont fait l'objet de nombreuses publications.

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Mots-clés

Silencieux, convertisseurs analogique numérique, dynamique de modulation sans parasites, hautes fréquences, mécanismes d'erreur