[論文レビュー] Processing of Communication Signal Using Operational Transconductance Amplifier

Arabinda Roy, Kasturi Ghosh+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2010

Analog and Mixed-Signal Circuit Design参考文献 6被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、操作コンダクタンスアンプリファイア（OTA）を用いた通信システムの信号処理手法を提案し、PCM（パルス符号変換）およびデータ圧縮のためのデルタモodulatorおよびコンパウンド回路の実装を示している。3.5Vで動作する回路は、SPICEシミュレーションにより検証され、デジタル通信システムにおける効果的なアナログ-デジタル変換およびダイナミックレンジ圧縮が確認された。

ABSTRACT

This paper proposes a signal processing methodology of communication system and realized that circuits using operational transconductance amplifier (OTA). Two important classes of communication circuit, delta modulator and compander have been designed using that procedure. In the first implementation coded pulse modulation system is demonstrated which employ sampling, quantizing and coding to convert analog waveforms to digital signals while the second gives data compression and expansion in digital communication system. The proposed compander circuit is realized with operational transconductance amplifier and diode. Required power supply to operate the circuit is 3.5V. Performance of the circuits realized with OTAs has been demonstrated through SPICE simulation.

研究の動機と目的

• 通信システムにおける低電圧・低消費電力の信号処理手法を開発すること。
• パルス符号変換システムにおけるアナログ-デジタル変換のためのデルタモドulatorを設計・実装すること。
• デジタル通信システムにおけるダイナミックレンジ圧縮および拡張のためのコンパウンド回路を実現すること。
• 3.5Vの電源電圧下でSPICEシミュレーションを用いて回路性能を検証すること。
• OTAベースのアナログ信号処理が、効率的な通信システム設計に実現可能であることを示すこと。

提案手法

• デルタモドulatorは、アナログ入力を段階的変化に基づいて1ビットのデジタルストリームに符号化するため、OTAとフィードバックループを用いて実装された。
• コンパウンド回路は、入力信号の振幅を対数的に圧縮するために、OTAとダイオードを用いて実現された。
• 両回路は3.5Vの電源電圧で動作させ、ポータブル通信機器に適した低電圧動作を確保した。
• 信号処理チェーンには、デルタモドulatorではサンプリング、量子化、符号化が含まれ、コンパウンド回路では信号圧縮と拡張処理が行われた。
• 両回路の性能を標準動作条件下で評価するためにSPICEシミュレーションが用いられた。
• OTAベースの設計により、高いコンダクタンスゲインと改善された線形度が得られ、正確な信号表現が可能になった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 OTAベースの回路は、通信システムにおけるアナログ-デジタル変換のためのデルタ変調を効果的に実装できるか？
• RQ2 OTAとダイオードを用いたコンパウンド回路は、ダイナミックレンジの圧縮および拡張においてどの程度の性能を示すか？
• RQ3 低電圧3.5Vの供給電圧下で、OTAベースの信号処理回路の性能はいかがなっているか？
• RQ4 SPICEシミュレーションは、OTAベースの通信回路の機能性および安定性をどの程度検証できるか？
• RQ5 OTAベースの設計は、実用的なデジタル通信応用において十分な線形性と正確性を達成できるか？

主な発見

• デルタモドulatorは、帯域幅効率の高い伝送に適した段階的符号化に基づき、アナログ波形を1ビットのデジタルストリームに効果的に変換した。
• コンパウンド回路は、OTAとダイオードを用いて効果的なダイナミックレンジ圧縮を達成し、デジタルシステムにおける効率的なデータ圧縮を可能にした。
• 両回路は3.5Vの電源電圧下でも安定して動作し、ポータブル通信機器向けの低電圧適合性を示した。
• SPICEシミュレーションにより、デルタモドulatorおよびコンパウンド回路の両方において、安定した動作と正確な信号処理が確認された。
• OTAベースの設計により、実用的な通信信号処理に向けた十分なコンダクタンスと線形度が得られた。
• 結果は、OTAsを低消費電力で高効率な通信信号処理回路のコア部品として使用することが可能であることを支持する。