Väitöstilaisuus Oulun yliopistossa

 

Väittelijä
Tekniikan lisensiaatti Marko Neitola

Tiedekunta ja laitos
Teknillinen tiedekunta, sähkötekniikan osasto
08 553 1011

Oppiaine
Elektroniikka

Väitöstilaisuus
17.2.2012 klo 12

Väitöstilaisuuden paikka
Linnanmaa, OP-sali (L10)

Aihe
Characterizing and minimizing spurious responses in Delta-Sigma modulators

Harhatoistojen karakterisointi ja minimointi Delta-Sigma-muuntimissa

Vastaväittäjä
Professori Mikko Valkama, Tampereen teknillinen yliopisto

Kustos
Professori Timo Rahkonen

Väitöskirja

---

Uusia Delta-Sigma-muuntimien karakterisointitapoja

Delta-Sigma (DS) -modulaatio on yleisin ylinäytteistävissä datan muuntimissa käytettävä tekniikka. DS-muuntimella voidaan saavuttaa varsin korkea resoluutio ja sitä käytetään sekä analogia-digitaali- että digitaali-analogiamuuntimissa. Karakterisointi viittaa käyttäytymisen mallintamiseen, jolla suorituskykyä voidaan arvioida ja jopa ennustaa. Karakterisoidun mallin avulla voidaan myös luoda uusia tekniikoita mm. särön vaimentamiseen. DS-muuntimet ovat erittäin epälineaarisia systeemeitä, joiden täydellinen karakterisointi on matemaattisesti erittäin hankalaa. Siirryttäessä 1-bittisistä muuntimista monibittisiin, DS-muuntimen kvantisointikohinan särötasot pienenevät ja lineaarisuus paranee. Tällöin kuitenkin muuntimessa tarvittava monibittinen D/A-muunnin vaatii linearisointia. Linearisoinnilla korjataan D/A-muuntimen osien epäsovituksen aiheuttamaa virhettä.

D/A-muunnoksen linearisointitekniikoita on useita, ja väitöstyössä keskitytään epäsovituskohinan spektrin muokkaukseen. Muokkauksen keinojakin on useita, ja tällaisista menetelmistä käytetään yleisnimitystä "Dynamic element matching", (DEM). Työn keskiössä ovat DS-modulaatio ja eräs suosituimmista DEM-menetelmistä, "Data weighted averaging", eli DWA. Työssä esitettiin DWA:lle algoritmitason yleistys, joka mm. laajentaa DWA:n määritelmää kaistanpäästötyyppisiin sovelluksiin. DWA:n laajempi muoto voidaan esittää yhdellä algoritmilla ja yhdellä käyttäytymistason mallilla. 

D/A-muuntimen linearisointi DEM-menetelmillä ei ole virheetöntä: epäsovituskohinassa on haitallisia särökomponentteja. Työssä esitettiin systemaattinen DEM-algoritmien karakterisointimenetelmä, jossa kantavana ajatuksena oli löytää aukoton ja toistettava karakterisointirutiini. Kyseessä on simulointipohjainen menetelmä, joka nopeuttaa karakterisointia ja helpottaa eri DEM-menetelmien välistä suorituskyvyn vertailua.

Väitöstutkimuksessa esitettiin myös käyttäytymistason malleja sekä DS-modulaatiosta että monibittisen DS- muuntimen digitaali-analogia (D/A)-muunnoksesta johtuvan särön ennustamiseen. DWA-epäsovituskohinan särön syntymekanismi todettiin tutkimuksessa lähes identtiseksi DS-modulaation kvantisointikohinan särömekanismin kanssa. Tutkimuksessa esitetty yksinkertainen aikatason särömalli antaa erittäin tarkan ennusteen särön voimakkuudesta ja taajuudesta. Särömekanismin ennustaminen on olennaista särön vaimentamismenetelmien kehittämisessä.