Reporte Modulador

Amplificador Cascode.

        Abstract – Conversion analog-digital is an important step of the almost every modern electronics systems. This paper presents an analysis of the sigma-delta modulation developed with CMOS transistors and operational amplifiers.

I.  Introducción

        La modulación Sigma-Delta (ΔΣ) es un tipo de conversión analógica a digital o digital a analógica.

Las aplicaciones de los convertidores ADC's Sigma-delta se han extendido en la actualidad en muchas aplicaciones incluyendo: mediciones industriales, audio, diagnóstico por imágenes por ultrasonido en medicina, comunicaciones, etc.

Existen dos posibles implementaciones del modulador dependiendo de dónde se realice el proceso de muestreo: los moduladores Sigma-Delta de tiempo discreto, donde el muestreo de señal se realiza fuera del bucle de realimentación, y los moduladores Sigma-Delta de tiempo continuo, donde el muestreo de señal se produce dentro del bucle de realimentación y posteriormente a la etapa de filtrado. Éstos últimos poseen características que los hacen más apropiados para aplicaciones de alta velocidad.

El modulador Sigma-Delta emplea generalmente un filtrado de ruido y un cuantificador de baja resolución. La elevada frecuencia de muestreo junto con la etapa de filtrado y el lazo de realimentación hacen que el modulador conserve una resolución superior a la impuesta por el cuantificador.

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Figura 1. Diagrama de bloques del modulador Sigma-Delta

La modulación consiste en sobremuestreos regularmente implementados en aplicaciones que requieren conversión analógico-digital o digital-analógica de muestreo pero con un reducido número de bits, normalmente 1 bit tal como aparatos de comunicación y reproductores de música de alta fidelidad, por mencionar algunos.

Para alcanzar el uso de un solo bit por cada muestreo se requiere de circuitos configurados con especificaciones personalizadas pero empleen la técnica de modulación delta. De manera general, un convertidor Sigma-Delta trabaja intercambiando tasas de muestreo por resolución en bits. Las señales son muestreadas a una tasa mucho mayor que el teorema de Nyquist, pero con un solo bit de amplitud.

Debido a que el Delta-Sigma es un convertidor de Alto nivel de Ruido se aplican dos técnicas para reducirlo:

• Varios niveles de integración (2 a 6)
• Sobremuestreo (oversampling )

El oversampling es un sobremuestro de señales analógicas a  digitales, para reducir el ruido de cuantificación. Es una técnica para recuperar la calidad de la señal perdida en la digitalización de la misma.

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Figura 2. Señal con velocidad de muestreo baja

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Figura 3. Señal con velocidad de muestreo alta

II. Desarrollo

Material utilizado

• 1 transistor NMOS BS170
• 1 transistor PMOS BS250
• 1 comparador digital
• 4 OPAM LM741
• Resistencia
• Capacitores
• 3 fuentes de voltaje  CD
• 2 Generador de funciones
• 1 multímetro
• 1 Osciloscopio
• Protoboard

Procedimiento

        Para el desarrollo de esta práctica se utilizó el diagrama a bloques mostrado en la figura.

[pic 4][pic 5][pic 6]

x

+

-

Figura 4. Diagrama a bloques del Sistema.

El circuito integrador es un OPAM LM741 en configuración Integrador, el cálculo se realizó para operar  a una frecuencia  de 1kHz, proponiendo el capacitor de 15nF se obtuvo una resistencia de 1.05kΩ con una ganancia de 10, ya que la ganancia requerida debía ser unitaria se cambió dicho valor de resistencia por una de 10 kΩ, el circuito que se utilizó para la implementación se muestra en la figura.

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Figura 5. Configuración del integrador.

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