مبدل آنالوگ به دیجیتال با ساختار FOLDING AND INTERPOLATING با سرعت بالا، قدرت تفکیک متوسط و توان مصرفی کم
چکیده:
این پروژه مبتنی بر طراحی یک مبدل آنالوگ به دیجیتال در ساختار Folding & Interpolating است که دارای قدرت تفکیک متوسط، سرعت نمونه برداری بالا و توان مصرفی کم است. این گزارش شامل 5 فصل است که شرح آن در زیر آمده است:
در فصل اول به معرفی مبدل های آنالوگ به دیجیتال پرداخته شده است و برخی کاربردهای این مبدل ها در سیستم های مختلف به اختصار شرح داده شده است. و در ادامه آن به شرح برخی مفاهیم و مشخصات مهم در مبدل های A/D پرداخته شده است.
در فصل دوم ساختارهای مختلف مبدل های A/D مورد بررسی قرار گرفته و معایب و مزایای آنها مطرح شده است. در فصل سوم ساختار اصلی طرح یعنی ساختار فولدینگ و درونیاب به طور کلی مورد بحث قرار گرفته است.
در فصل چهارم به طراحی سیستمی مبدل پرداخته شده است. در این فصل یک مدل ریاضی برای کل طرح ارائه شده است و با تحلیل عوامل غیر ایده آل در مدل ارائه شده به بررسی سیستمی کارایی مبدل پرداخته شده است. پارامتر SNDR در این فصل هدف قرار داده شده است. در این فصل از نرم افزار matlab جهت مدل سازی ریاضی استفاده شده است.
در فصل پنجم طراحی مداری مدنظر قرار گرفته است و به طراحی اجزاء مختلف سیستم پرداخته نشده است. و پس از طراحی و به دست آوردن پارامترهای سیستم شبیه سازی کلی انجام گرفته و در نهایت به مقایسه طرح با نمونه های مشابه پرداخته شده است. در این فصل از نرم افزار ADS جهت شبیه سازی مداری استفاده شده است و در فصل ششم نیز نتیجه گیری و پیشنهادات مطرح شده است.
مقدمه:
در دنیای امروز با گسترش روزافزون دنیای دیجیتال باید به دنبال پلی برای ایجاد ارتباط بین دنیای آنالوگ و دیجیتال باشیم. این پل از طریق مبدل های آنالوگ به دیجیتال ساخته می شود. تکنیک های بسیاری برای طراحی مبدل های آنالوگ به دیجیتال وجود دارند که هرکدام از این تکنیک ها دارای امتیازات و محدودیت هایی هستند. در اینجا به معرفی برخی از این تکنیک ها در طراحی مدارات مبدل آنالوگ به دیجیتال پرداخته شده است.
هرکدام از این تکنیک ها ملزومات مداری مربوط به خود را دارد. در بعضی از این تکنیک ها دقت بیشتر مورد نظر بوده و در بعضی دیگر سرعت و در بعضی مواقع هزینه و قیمت بیشترین نقش را دارد. ذکر این نکته ضروری است که قبل از طراحی یک مبدل آنالوگ به دیجیتال باید دانشی کلی در باب انواع تکنیک های موجود داشت، تا با توجه به مزایا و محدودیت های این تکنیک ها و همین طور خصوصیات مبدل آنالوگ به دیجیتال، روشی برگزیده شود که بالاترین بازدهی را داشته باشد. همچنین برای رسیدن به بالاترین کارایی می توان از ترکیب این روش ها نیز استفاده کرد.
فصل اول: معرفی مبدل های آنالوگ به دیجیتال
مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC) و دیجیتال به آنالوگ (DAC) به منظور ایجاد ارتباط بین سیگنال های آنالوگ و پردازنده های سیگنال (DSP) نیاز هستند، این امر موجب می شود تا بتوان از امتیازات پردازش سیگنال دیجیتال استفاده کرد، زیرا که اکثر سیگنال های مورد استفاده آنالوگ هستند.
1-1) موارد استفاده از ADC های سرعت بالا
1-1-1) ویدئوهای دیجیتال و صفحه های نمایش LCD
عملکرد سیستم های مخابراتی و سرگرمی تا حد زیادی بر پایه پردازش سیگنال ها دیجیتال DSP بنا شده، این در حالی است که سیگنال های فیزیکی که لازم است در ورودی ها و خروجی های این سیستم ها مورد استفاده قرار بگیرند به صورت زمان پیوسته و آنالوگ هستند. از این رو لزوم استفاده از ADC در ورودی ها و همینطور DAC ها در خروجی این سیستم ها احساس می شود.
مدارات ADC در مقایسه با DAC برای رسیدن به سرعت و دقت بالاتر، معمولا توان بالاتر و مدارات پیچیده تر طلب می کند. از این رو ADC ها متناوبا موجب محدودیت در سیستم های پردازش سیگنال می شوند. از آنجایی که محدودیت تبدیل آنالوگ به دیجیتال موجب پایین آمدن کارایی کل سیستم می شود، الگوریتم ها و مدارهایی به صورت متناوب ارائه می شوند و یک زمینه تحقیقاتی بسیار مهم برای آینده قابل پیش بینی، ایجاد شده است.
سیستم های تلویزیون دیجیتال با تکیه بر استاندارد انتقال دیجیتال از یک الگوریتم قدرتمند فشرده سازی تصویر استفاده می کنند تا نرخ انتقال اطلاعات را کاهش دهند. مانند آنچه در شکل 1-1 آمده است، نیاز به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال است تا سیگنال آنالوگی که از دوربین می آید را تبدیل کند. پس از پردازش دیجیتال و مدولاسیون، سیگنال به خروجی می رود تا ارسال شود. گیرنده سیگنال ورودی را دمدوله می کند و آن را دوباره به سیگنال آنالوگ تبدیل می کند تا آماده نمایش شود. یک قدرت تفکیک به منظور استفاده در تلویزیون های استاندارد لازم است، که این قدرت تفکیک برای تلویزیون های خاص مانند (HDTV) باید بالاتر و حداقل 10 باشد.
دیگر کاربرد مهم مبدل های آنالوگ به دیجیتال سرعت بالا، در سیستم های نمایشی LCD است. توجه اخیر در نمایش دهنده ها به LCD (کریستال مایع) ها است که جایگزین نمایش دهنده های CRT است. برخلافCRT ها، نمایش دهنده های LCD احتیاج به سیگنال های دیجیتال برای راه اندازی دارند. این در حالی است که برخی منابع ویدئو آنالوگ هستند. از این رو نیاز به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال است تا سیگنال آنالوگ ویدئو را به پیکسل های دیجیتال تبدیل کند (شکل 1-2). با توجه به قدرت تفکیک و نرخ بازیابی سرعت تبدیل از ده ها MSPS تا چند صد MSPS تغییر می کند.
2-1-1) تجهیزات اندازه گیری دیجیتال
اسیلوسکوپ های نمونه بردار دیجیتال (DSO)، زمینه دیگری هستند که از مبدل های آنالوگ به دیجیتال سرعت بالا استفاده می شود. یک DSO شامل مدار حالت دهنده سیگنال، یک مبدل آنالوگ به دیجیتال با سرعت بالا، یک حافظه بافر و یک نمایش دهنده است. (شکل 1-3) بسیاری از DSO ها از یک مدار نمونه بردار سرعت بالا با دریچه زمانی کوچک استفاده می کنند تا بتوانند از ورودی های با پهنای باند بالا (در محدود GHz) نمونه برداری کنند. نرخ نمونه برداری ساعت این مدارات، نسبتا پایین و در حدود چندین MSPS است. این تکنیک فقط برای سیگنال های ورودی متناوب با پهنای باند باریک مناسب است. زمانی که لازم است سیگنال های طیف گسترده دیجیتال شوند، مبدل های آنالوگ به دیجیتال با نرخ ساعت بسیار بالا مورد نیاز است. سیگنال های نامتناوب و یا طیف گسترده با توجه به قانون نایکوئیست دیجیتال می شوند. که بیان کننده این است که نرخ نمونه برداری باید از دو برابر پهنای باند سیگنال ورودی بزرگتر باشد.
DSO های دیجیتال به یک تبدیل 8 بیتی نیاز دارند، زیرا که صفحه نمایش به این قدرت تفکیک محدود می شود. به هرحال، به عنوان تأکید بیشتر باید به این نکته اشاره کرد که با توجه به حافظه دیجیتال و آنالیز شکل موج نگه داشته شده، محدودیت قابلیت تفکیک نمایش دهنده بیشتر تعریف نمی شود. بنابراین DSO های جدیدتر از مبدل آنالوگ به دیجیتال 10 تا 12 بیتی استفاده می کنند و بیشتر به عنوان ثبت کننده شکل موج دیجیتال محسوب می شوند تا اسیلوسکوپ.
تعداد صفحه : 177
پایان نامه ارشد برق مبدل آنالوگ به دیجیتال با ساختار FOLDING AND INTERPOLATING با سرعت بالا، قدرت تفکیک متوسط
