طراحي مبدل آنالوگ به ديجيتال عبور از سطح بسيار كم‌ مصرف، بدون پالس ساعت، براي كاربردهاي پزشكي و اينترنت اشياء

چكيده فارسي :

1 چکیده مدارهای الکتریکی در کاربردهای پزشکی به درمان سریعتر سادهتر و قابلاطمینانتر برخی بیماریها همچون صرع پارکینسون و آلزایمر کمک میکنند با توجه به اینکه این مدارها معموال قابل کاشت هستند باید از ویژگیهای بدن انسان و قوانین ایمنی بیمار تبعیت کنند در میان قوانین طراحی برای مدارهای قابل کاشت سطح اشغالی کوچک و توان مصرفی کم مهمترین اصولی هستند که باید مورد توجه قرار گیرند اندازه کوچک دستگاه کاشته شده منجر به کاهش آسیب به بافتهای بدن در طول عمل کاشت شده و توان مصرفی کم نیز به حذف باتریها از مدار کمک میکند عالوه بر این توان اتالفی کم به معنای تولید اندک حرارت میباشد که برای سالمت بیمار یک امر ضروری است بهمنظور کاهش توان مصرفی میتوان از روشهای مداری مختلف و یا الگوهای پردازش سیگنال گوناگون استفاده کرد در میان این روشها استفاده از مبدلهای آنالوگ به دیجیتال عبورازسطح که سیگنال ورودی را در حوزه دامنه ولتاژ یا جریان بهجای حوزه زمان نمونهبرداری و کوانتیزه میکنند منجر به کاهش توان مصرفی خصوصا در کاربردهایی که با سیگنالهای تنک سروکار دارند همانند سیگنالهای عصبی مغز و یا سیگنالهای اینترنت اشیا میشود سیگنالهای تنک به دلیل تغییرات سریع در حوزه زمان المانهایی با فرکانس بسیار باال را شامل میشوند بنابراین استفاده از مبدلهای آنالوگ به دیجیتال معمول که از روشهای نمونهبرداری در حوزه زمان استفاده میکنند انتخاب خوبی نیست این ایده بهسادگی با توجه به قانون نرخ نمونهبرداری نایکوئیست و نیاز به استفاده از فرکانس نمونهبرداری حداقل دو برابر بزرگتر از فرکانس سیگنال ورودی بهمنظور بازسازی سیگنال آنالوگ اصلی قابل توجیه است درواقع وجود المانهایی با فرکانس بسیار باال در محیط آنالوگ طراح مدار را به استفاده از یک فرکانس نمونهبرداری باال وادار میکند که باعث افزایش قابلتوجه توان مصرفی میشود در معماری مبدل آنالوگ به دیجیتال عبورازسطح با نمونهبرداری در حوزه دامنه یک نمونه جدید زمانی تولید میشود که سیگنال ورودی از یک سطح آستانه از پیش تعیینشده عبور کند لذا در این مبدلهای آنالوگ به دیجیتال استفاده از قانون نرخ نمونهبرداری نایکوئیست ضروری نمیباشد که توان مصرفی مدار را میکاهد در این پایاننامه یک مبدل آنالوگ به دیجیتال عبورازسطح کممصرف بدون پالس ساعت و با پهنایباند باال ارائه شده است که در آن مقایسهگرهای ولتاژ پرمصرف و حساس به ولتاژ آفست تنها با یک مقایسهگر جریان جایگزین شدهاند مدار طراحیشده نیازی به پالس ساعت با فرکانس ثابت ندارد که منجر به کاهش پیچیدگی مدار و نیز کاهش تداخلهای الکترومغناطیسی میشود در مدار پیشنهادی یک شمارنده باال و پایینشمار جدید طراحی شده است که شامل هر دو ساختار شمارندههای سنکرون و آسنکرون میباشد به دلیل بارگذاری خازنی اندک شمارنده طراحیشده بهسادگی و بدون نیاز به بافرهای پرمصرف قابل راهاندازی است همچنین مبدل آنالوگ به دیجیتال عبورازسطح طراحیشده دارای یک مبدل دیجیتال به آنالوگ است که یک شبکه فیدبک بازگشتی ایجاد میکند مبدل دیجیتال به آنالوگ استفادهشده شامل هر دو ساختار باینری و المانواحد بوده و در آن هیچ المان غیرفعالی وجود ندارد در ضمن مبدل آنالوگ به دیجیتال عبورازسطح طراحیشده میتواند برای سیگنالهای ورودی با پهنایباند متفاوت دقت محاسباتی گوناگونی را فراهم سازد که آن را به گزینهای مناسب برای محدوده وسیعی از کاربردها تبدیل میکند مدار در تکنولوژی 0 18 استاندارد CMOS شبیهسازی شده است مطابق با نتایج شبیهسازی مدار برای تبدیل یک سیگنال آنالوگ با فرکانس 10 kHz به مقادیر دیجیتال با دقتی معادل 10 5 bits تنها 580 nW توان از یک منبع تغذیه 0 5V مصرف میکند کلیدواژهها نمونهبرداری انطباقی پردازش سیگنالهای تنک مبدل آنالوگ به دیجیتال پردازش حوزه جریان شمارنده کممصرف

دانش، احمدرضا

طراحي مبدل آنالوگ به ديجيتال عبور از سطح بسيار كم‌ مصرف، بدون پالس ساعت، براي كاربردهاي پزشكي و اينترنت اشياء

نمونه‌برداري انطباقي , پردازش سيگنال‌هاي تنك , مبدل آنالوگ به ديجيتال , پردازش حوزه جريان , شمارنده كم‌مصرف