Desarrollo de una plataforma de bajo coste para medir convertidores ADC Sigma-Delta

Abstract

Este trabajo fin de grado se ha centrado en el diseño, desarrollo e implementación de un sistema automatizado de caracterización de convertidores analógico-digital (ADC) de tipo Sigma-Delta. El sistema emplea la instrumentación electrónica necesaria (fuente de alimentación, generador de onda y dispositivo generador de patrones con funcionamiento como analizador lógico) con capacidad de ser controlada en modo remoto. Se ha desarrollado un software de manejo de la instrumentación empleando el lenguaje Phyton, para lo cual se ha utilizado una API específica de manejo de instrumentación virtual en modo remoto (VISA) denominado PyVISA, que es un paquete de software libre asociado a Python que permite controlar todo tipo de dispositivos de medida, independientemente de la interfaz utilizada para su control remoto. Para desarrollar el sistema, se han estudiado en detalle los ADC Sigma-Delta, un tipo de convertidor ampliamente utilizado en el mundo de las telecomunicaciones, con idea de conocer los componentes principales que lo forman (Filtro Anti-aliasing, Decimador y Modulador Sigma-Delta) y explorar las métricas fundamentales que nos permiten caracterizarlo (Relación Señal-Ruido o SNR, Distorsión Armónica Total o THD, Relación Señal a Ruido y Distorsión o SINAD, Distorsión de Espurias de Frecuencia o SFDR y el Número de Bits Efectivos o ENOB). Destacar que la herramienta realizada me ha permitido profundizar en el conocimiento de tecnologías estudiadas en diferentes asignaturas del grado (programación en Phyton, manejo de instrumentación electrónica, ADC de tipo Sigma-Delta) más allá de lo transmitido en las clases, desarrollando un proyecto realista y práctico; un banco de pruebas que será útil en el futuro desarrollo de convertidores que se diseñen e implementen en el Grupo de investigación de Ingeniería Electrónica, del Departamento de Ingeniería Electrónica de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla.

This final degree project has focused on the design, development, and implementation of an automated system for the characterization of Sigma-Delta analog-to-digital converters (ADCs). The system utilizes the necessary electronic instrumentation (power supply, waveform generator, and pattern generator device with logic analyzer functionality) with the capability of being controlled remotely. A management software for the instrumentation has been developed using the Python language, for which a specific remote virtual instrumentation API (VISA) called PyVISA has been used. PyVISA is an open-source software package associated with Python that allows the control of various types of measurement devices, regardless of the interface used for remote control. To develop the system, Sigma-Delta ADCs have been studied in detail. These are a type of converter widely used in the telecommunications field. The aim was to understand the main components that constitute it (Anti-aliasing Filter, Decimator, and Sigma-Delta Modulator) and explore the fundamental metrics that allow us to characterize it (Signal-to-Noise Ratio or SNR, Total Harmonic Distortion or THD, Signal to Noise and Distortion Ratio or SINAD, Spurious Free Dynamic Range or SFDR, and Effective Number of Bits or ENOB). It's worth noting that the developed tool has allowed me to delve deeper into the knowledge of technologies studied in various subjects of the degree (Python programming, electronic instrumentation management, Sigma-Delta ADCs) beyond what was taught in classes. This involved creating a realistic and practical project—a test bench that will be useful for future development of converters designed and implemented within the Electronic Engineering Research Group of the Department of Electronic Engineering at the Higher Technical School of Engineers of the University of Seville.