Schleifenfilter höherer Ordnung mit reduzierter Anzahl von Operationsverstärkern in Sigma-Delta Modulatoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Maurits Ortmanns
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 334873694

Das Ziel des beantragten Projekts ist die Analyse, Simulation, und Fehlerkorrektur bei Sigma Delta Modulatoren (SDM) mit Schleifenfiltern höherer Ordnung realisiert durch eine geringere Anzahl an, im Extremfall einem einzigen, Operationsverstärker.Diese Technik wurde bei diskreten Filtern schon vor Jahrzehnten eingesetzt, um aktive Komponenten einzusparen. Bei SDM wird dies seit einigen Jahren verstärkt gezeigt, und die Einsparung von Operationsverstärkern wird als Vorteil dargestellt, allerdings ohne dies genauer zu hinterfragen. In einem Schleifenfilter eines SDM haben alle Operationsverstärker vollkommen unterschiedliche Anforderungen an Dynamikbereich, Linearität, Rauschen, Geschwindigkeit, etc. so dass die Realisierung eines Filters höherer Ordnung mit einem einzigen Operationsverstärker schnell zu extrem hohen Anforderungen an das eine Bauteil führt, die nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar sind.Dazu kommt, dass SDM in zeitkontinuierlicher Implementierung heute sehr oft für drahtlose Empfänger eingesetzt werden, in denen die Signalübertragungsfunktion im und außerhalb des Inbands von entscheidender Bedeutung ist. Eine Modifikation der Signalübertragungsfunktion kann sowohl auf Architekturebene als auch durch Hinzufügen zusätzlicher (digitaler) Filter in die SDM Schleife erreicht werden. Diese Möglichkeit existiert aber in den besagten Filtern höherer Ordnung mit nur einem oder wenigen Operationsverstärkern nicht mehr.Das vorgeschlagene Projekt soll sich deshalb sowohl der generellen Analyse von SDM mit Schleifenfiltern höherer Ordnung realisiert mit einem oder wenigen Operationsverstärkern widmen. Dabei werden Sensitivitätsanalysen bzgl. Verstärker-Nichtidealitäten, Modellbildung dieser nichtidealen Filter, mögliche Kompensationen dir nichtidealen Filter auf Architekturebene durch analytische Verfahren sowie Optimierung der Architekturen basierend auf heuristischen Verfahren untersucht. Zum Nachweis der gefundenen Möglichkeiten gegenüber der Zielgruppe der Arbeiten, also Schaltungsentwicklern, wird zudem mit möglichst großem Anteil wiederverwendeter Komponenten eine existierende Implementierung eines breitbandigen SDM von einer klassischen auf eine Ein-Operationsverstärkerstruktur verändert, gefertigt und getestet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen