طراحي و ساخت مبدل آنالوگ به ديجيتال ولتاژ پايين كم مصرف با روش فولدينگ

دانشگاه صنعتي شريف
دانشكده مهندسي برق
پايان نامه دكتري
گرايش الكترونيك

مبدل ‌هاي آنالوگ به ديجيتال 1 سريع با ولتاژ تغذيه و توان پايين امروزه از عناصر كليدي سيستم‌هاي پردازشي و مخابراتي به شمار مي روند. كاربرد روز افزون دستگاه‌هاي الكترونيكي
كه با باتري كار مي كنند، مسئله ولتاژ تغذيه و بخصوص توان مصرفي را از اهميت ويژه اي برخوردار ساخته است.

مبدل‌هاي فولدينگ 2 به عنوان مبدل‌هاي موازي كه مي توان گفت نزديك ترين ساختار به
مبدل‌هاي فلاش 3 محسوب مي شوند، كارآيي خود را از نظر قابليت رسيدن به سرعت‌هاي بالا
و تاخير كم در قدرت تفكيك‌هاي 8 تا 10 بيت به اثبات رسانده اند.
هدف از اين پژوهش دستيابي به روش‌هاي عملي براي كاهش توان و ولتاژ تغذيه مبدل‌هايفولدينگ با حفظ و حتي بهبود ديگر مشخصات مبدل است. اين هدف از طريق ارائه يكساختار جديد براي طبقه فولدينگ كه به افزايش محدوده ورودي قابل استفاده منجر مي شود، دنبال شده است.

مدار مقايسه كننده 4 كه براي اين مبدل طراحي شده مدار جديدي است كه نسبت به نمونه‌هاي
موجود مزاياي قابل توجهي از جمله حساسيت كم به اختلاف خازن پارازيتيك دو مسير و تواننسبتاً كم را از خود نشان ميدهد.
ارائه يك روش جديد براي كاليبراسيون مبدل آنالوگ به ديجيتال فولدينگ و تصحيح خطاهايناشي از عدم تطابق 5 بدون نياز به مصرف توان بخش ديگري از اين پژوهش است كه تاثيراساسي در بهبود رفتار استاتيك و ديناميك مبدل دارد. اين روش جديد برپايه ايجاد يك افستقابل برنامه ريزي در ورودي مدارهاي فولدكننده استوار است.توان مصرفي مبدل با تغذيه 5/ 1 ولت كمتر از 43 ميلي وات و با تغذيه 2/ 1 ولت 30 ميلي وات است كه به مراتب پايين تراز مدارات مشابه است.

 

فصل 1 مقدمه و تعاريف ………………………………….. 1
1-1 مقدمه ………………………………………. 1
2-1 روشهاي متداول تبديل سيگنال آنالوگ به ديجيتال . ………………….. 3
2-1 1- مبدل فلاش . ………………………………………… 3
2-1 2- مبدل دو مرحله اي: ………………………………… 4
2-1 3- مبدل فولدينگ: ………………………………………. 4
2-1 4- مبدل پايپ لاين: …………………………………….. 5
3-1 روابط حاكم بر تبديل سيگنال آنالوگ به ديجيتال و خطاهاي موجود ……………………… 6
4-1 مسئله توان …………………………………………… 10
5-1 اهداف طراحي ………………………………………. 11
فصل 2 بررسي ساختاري مبدل‌هاي آنالوگ به ديجيتال موازي ……………. 13
1-2 مقدمه …………………………………………………… 13
2-2 تعريف مبدل موازي …………………………………. 14
3-2 مدل كلي مبدل موازي . …………………………….. 16
4-2 ساختارهاي متداول …………………………………. 18
5-2 حساسيت به خطاها……………………………….. 21
6-2 ساختارهاي ديگر …………………………. 27
7-2 مقايسه ساختارها …………………………. 34
فصل 3 مبدل آنالوگ به ديجيتال فولدينگ با درون يابي ……………… 36
1-3 مقدمه ……………………………………… 36
2-3 مفهوم فولدينگ …………………………………. 37
3-3 پياده سازي مشخصه فولدينگ …………………….. 40
3-3 1- پياده سازي مشخصه فولدينگ ايده آل ………………… 40
3-3 2- پياده سازي مشخصه فولدينگ غير ايده آل . …………….. 43
4-3 درون يابي ……………………………………………… 46
4-3 2- درون يابي ولتاژي . ………………………………….. 47
4-3 3- درون يابي جرياني ……………………………………. 49
5-3 دكودر ديجيتال ………………………………………….. 49
6-3 كاهش توان در مبدل فولدينگ . ………………………….. 51

 

2- روش‌هاي موجود براي افزايش محدوده ورودي ………………………. 55
6-3 3- روش پيشنهادي براي افزايش دامنه ورودي . ………………….. 57
6-3 4- تنظيم مشخصه‌هاي NMOS و 59 ……………………… PMOS
7-3 انتخاب جزئيات ساختار مبدل فولدينگ ………………………. 64
فصل 4 پياده سازي سيستمي و مدل سازي رفتاري …………………… 67
1-4 مدل رفتاري مبدل فولدينگ ……………………… 68
1-4 2- پيش تقويت كننده …………………………………. 70
1-4 3- تقويت كننده فولدينگ ……………………………….. 72
1-4 4- شبكه متوسط گيري ……………………………. 74
1-4 5- شبكه درون يابي …………………………… 76
1-4 6- مقايسه كننده …………………………………. 77
1-4 7- مبدل درشت گام…………………………………… 78
2-4 شبيه سازي رفتاري و نتايج آن ……………………………….. 80
2-4 1- شبيه سازي رفتار استاتيك ……………………………… 80
2-4 1-1- تأثير عملكرد مدار جبران روي خطاي استاتيك خروجي ……………. 80
2-4 2-1- اطمينان از صحت عملكرد مدار جبران ………………….. 82
2-4 3-1- تأثير عوامل مختلف خطا روي خطاي استاتيك خروجي . ………. 83
2-4 4-1- تأثير متوسط گيري در كاهش خطا . …………………….. 86
2-4 2- شبيه سازي رفتار ديناميك ……………………….. 88
فصل 5 طراحي مدار در سطح ترانزيستور …………………………. 95
1-5 مقدمه ………………………………………………….. 95
2-5 مدار نمونه برداري …………………………………. 97
2-5 1- بررسي مدارهاي نمونه برداري ……………………… 97
2-5 2- بررسي خازن ورودي مبدل فولدينگ ………………….. 101
2-5 3- طراحي مدار نمونه برداري …………………………… 105
3-5 پيش تقويت كننده …………………………………………. 119
4-5 تقويت كننده فولدينگ ……………………………………… 121
5-5 منابع جريان ثابت …………………………………………. 123
6-5 بارهاي خروجي و شبكه درون يابي…………………………. 126
7-5 مدار تنظيم مشخصه پيش تقويت كننده‌هاي NMOS و 128 ……….. . PMOS
8-5 سوئيچ متعادل كننده خروجي . ……………………………. 130
9-5 نردبان مقاومتي …

 

دریافت فایل اصلی 


HSPICE trainging video download course

پیام بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

five + five =