پایان نامه آرایه های فازی و کاربرد آن ها در سیستم های مخابراتی و جنگ الکترونیک

تعداد صفحات: 75 فرمت فایل: word کد فایل: 10002402
سال: مشخص نشده مقطع: کارشناسی دسته بندی: پایان نامه مهندسی فناوری اطلاعات IT
قیمت قدیم:۱۴,۱۰۰ تومان
قیمت: ۱۲,۰۰۰ تومان
دانلود مقاله
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه آرایه های فازی و کاربرد آن ها در سیستم های مخابراتی و جنگ الکترونیک

    فصل اول

    مقدمه و کلیات

    1-1 مقدمه کلی

    عصری را که در آن زندگی می کنیم به جرات می توان بیش از هر چیز، عصر پردازش سیگنال ها دانست.سیگنالهای مورد پردازش ، علیرغم ماهیت گسسته از دیدگاه ما پیوسته فرض می شوند و طبیعتی آنالوگ به خود می گیرند. تا پیش از آنکه سیستمهای دیجیتال پا به عرصه وجود بگذارند سیگنال ها با تغییراتی از قبیل تغییر سطح ، تقویت و یا تضعیف می توانستند به سیستمهای پردازشگر وارد شوند.

    از هنگامی که سیستم های پردازشگر دیچیتال مطرح شده اند این مسئله نیز به همراه آن مطرح شد که چگونه می توان یک سیگنال آنالوگ را به یک سیستم دیجیتال وارد کرد و به طور متقابل ، چگونه باید سیگنالهای دیجیتال خارج شده از سیستمهای دیجیتال را به دنیای آنالوگ تحویل داد. در اینجا بود که ضرورت ساخت مبدلهای آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ احساس شد و انواع مختلفی از مبدلهای فوق معرفی شد. ارائه طرحهای جدید و ایده های نو به منظور بهبود کیفیت این مدارها تا امروز ادامه دارد و به نظر می رسد تا زمانی که سیگنالهای آنالوگ و دیجیتال وجود داشته باشند، این مبدلها به پیشرفت خود ادامه دهند.

    امروزه به دلیل مزیت های عمده پردازش سیگنال های دیجیتال، طراحی مبدل های آنالوگ به دیجیتال مورد نظر می باشند . این مزیت های عمده باعث شد هاند که تکنولوژی مدارهای مجتمع در جهت طراحی مدارهای دیجیتال توسعه داده شوند . پایین آوردن ولتاژ منبع تغذیه ، کم کردن سطح لازم برای ساخت تراشه از جمله پیشرفت های تکنولوژی های حاضر می باشند اما به دلیل اینکه دنیای واقعی یک طبیعت آنالوگ است ، بایستی طراحی مبدل های آنالوگ به دیجیتال نیز با ولتاژهای پایین و در کنار مدارهای دیجیتال در داخل یک تراشه صورت گیرند. طراحی مدارهای دیجیتال با استفاده از تکنولوژیCMOS به علت قابلیت مجتمع سازی بالا،توان مصرفی کم و قیمت پایین به روشی متداول برای ساخت مبدل های آنالوگ به دیجیتال در آمده است.

    طراحان مدارهای مجتمع همواره به دنبال کاهش ویژگیهایی همچون وزن و حجم و توان مصرفی و افزایش ویژگیهایی همچون کارایی و سرعت و دقت در آنها بوده اند. توان مصرفی یکی از ویژگیهای مهم در دستگاههای الکترونیکی خصوصاٌ انواع قابل حمل آن می باشد. با ساخت مدارهای دیجیتالCMOS و تکامل هر چه بیشتر تکنولوژی VLSI و روشهای طراحی مدارهای مجتمع دیجیتال، طراحی و ساخت مدارهای دیجیتال با توان مصرفی کم و دیگر ویژگیهای مناسب چندان مشکل نیست. به همین علت با گذشت زمان مدارهای دیجیتال در اکثر قسمتها جایگزین مدارهای آنالوگ شده اند . با وجود این همواره برای برقراری ارتباط بین این مدارات دیجیتال و دنیای خارج به برخی از مدارهای واسط آنالوگ نیاز داریم ..مبدل های آنالوگ به دیجیتال ودیجیتال به آنالوگ یکی از این مدارهای واسط می باشند. شکل1-1 نمای کلی یک سیستم پردازش آنالوگ-دیجیتال را نشان می دهد. طبق شکل ابتدا سیگنالهای آنالوگ از دنیای خارج گرفته می شود و پس از تقویت(یا تضعیف) و عبور از مدارهای خاصی به مبدل یا مبدل های آنالوگ به دیجیتال اعمال می شوند وسیگنال آنالوگ به دیجیتال تبدیل می شود این سیگنالها سپس به قسمت پردازش دیجیتال ارسال می شود تا پردازشهای لازم توسط پردازشگر دیجیتال سیگنال که اغلب یک میکروپروسسور یا واحد پردازش یک میکروکنترلر می باشد، انجام شود.سیگنالهای حاصل از پردازش دیجیتال به صورت دیجیتال هستند که برای ارسال به تجهیزات آنالوگ بایستی توسط یک مبدل دیجیتال به آنالوگ به حالت مناسب(آنالوگ با توان مناسب) تبدیل شوند.

    2 تعریف مبدلهای آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ

    یک مبدل آنالوگ به دیجیتال وسیله ای است که مقادیر دنیای واقعی(آنالوگ) را به کدهای دیجیتال تبدیل می کند تا امکان پردازش دیجیتال سیگنال های ورودی وجود داشته باشد.سیگنالهای آنالوگ دارای طیف پیوسته ای هستند.کار یک مبدل آنالوگ به دیجیتال ، تبدیل یک بازه به چند زیر بازه است .که به هر کدام از این زیر بازه ها معمولا یک پله گفته می شود. یک مبدل آنالوگ به دیجیتال که به اختصار  ADC ،A/D می  نامیده می شود یک مدار الکتریکی داخلی است که سیگنال های پیوسته را به  اعداد دیجیتالی گسسته تبدیل می کند.

    به طور کلی ،ADC یک وسیله ی الکترونیکی است که ولتاژ(یا جریان ) آنالوگ ورودی را به یک عدد دیجیتالی تبدیل می کند.دیجیتال خروجی می تواند از رویه کدهای مختلفی مانند سیتم دودویی یا مکمل دوم باینری استفاده کند .اگر چه که برخی از وسایل غیر الکترونیکی را نیز می توان به عنوان ADC در نظر گرفت

    (تصاویر در فایل اصلی قابل مشاهده است)

    یک مبدل دیجیتال به آنالوگ هم وسیله ای است که مقادیر دیچیتال حاصل از پردازش دیچیتال سیگنال را به مقادیر آنالوگ تبدیل می کند تا امکان ارسال سیگنال ها به دنیای واقعی (آنالوگ)  وجود داشته باشد. در واقع عکس عمل A/D توسط یک مبدل دیجیتال به آنالوگ انجام می شود

    شکل1-2 یک نمونه سیگنال آنالوگ را پیش از ورود به مبدل آنالوگ به دیجیتال نشان می دهد. در شکل 1-3 نیز همین سیگنال پس از ورود به مبدل آنالوگ به دیجیتال نشان داده شده است.

    مبدل های آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ در حقیقت مدارهای واسطه ای هستند که برای ارتباط بین دو محدوده آنالوگ و دیجیتال استفاده می شوند.شکل 1-4 ارتباط بین دنیای آنالوگ و دیجیتال را به صورت ساده نشان می دهد.

    مبدل های آنالوگ به دیجیتال نقشی کلیدی را در مخابرات مدرن امروزی و سیستمهای الکترونیک دیجیتال بازی می کنند. با پیشرفتهای سریعی که در تکنولوژی CMOS به وجود آمده است برای تحلیل سیگنالها در فاز دیجیتال توان کمتر و هزینه پایین تری مورد نیاز است. این عامل در حال حاضر درخواست شدیدی را برای مبدل های آنالوگ به دیجیتال که توان مصرفی کمی دارند و با ولتاژهای کمتری کار می کنند به وجود آورده است.

    1-3 انواع مبدل های آنالوگ به دیجیتال

    با توجه به نوع کاربرد ، تکنولوژی ساخت ، سرعت و توان مصرفی انواع مختلفی از مبدل های آنالوگ به دیجیتال وجود دارد که مهم ترین آنها شامل موارد زیر است

    مبدل های انتیگرال گیر تک شیبه

    مبدل های انتیگرال گیر دو شیبه

    مبدل های انتیگرال گیر موزانه بار

    مبدل های شیب دیجیتالی نوع پلکانی

    مبدل های شیب دیجیتالی نوع دنباله رو

    مدل های تقریب پی در پی (متوالی)

    مبدل های فلاش

    مبدل های سری-موازی دو مرحله ای

    مبدل های سیگما – دلتا

    همچنین با توجه به نوع سیگنال ورودی ، مبدل های آنالوگ به دیجیتال به دو گروه کلی زیر تقسیم می شوند

    مبدل های آنالوگ به دیجیتال در مد ولتاژ

    مبدل های آنالوگ به دیجیتال در مد جریان

    مبدل های آنالوگ به دیجیتال را از نظر فرکانس نمونه برداری هم می توان به دو دسته عمده تقسیم بندی کرد

    مبدل های با نرخ نایکوئیست

    مبدل های بیش نمونه برداری

    این مبدل ها در فصل های بعدی شرح داده شده اند

    1 مقدمه

    مبدل های دیجیتال به آنالوگ به عنوان یک وسیله مجزا از مبدل های آنالوگ به دیجیتال یا به عنوان بخشی از مبدل های آنالوگ به دیجیتال به کار می روند. مبدل های دیجیتال به آنالوگ سیگنالهای دیجیتال را به صورت آنالوگ در می آورند تا امکان ارسال آنها به دنیای واقعی آنالوگ وجود داشته باشد. با توجه به اینکه تبدیل سیگنال از دیجیتال به آنالوگ تقریباٌ آنی است و زمانی برای این تبدبل تلف نمی شود(برخلاف مبدل های آنالوگ به دیجیتال که جهت تبدیل سیگنال به زمانی در حدود چند میکرو ثانیه یا چند میلی ثانیه نیاز دارند) مبدل های دیجیتال به آنالوگ ساختار ساده ای دارند ودر مقایسه با مبدل های آنالوگ به دیجیتال به عنوان یک وسیله ساده مطرح هستند. مبدل های دیجیتال به آنالوگ بر خلاف مبدل های آنالوگ به دیجیتال از تنوع کمی برخوردار هستند و شکل و ساختار مشابه به همی دارند.

    در این فصل ساختار و عملکرد مبدل های دیجیتال به آنالوگ بررسی می شود.همچنین شبیه سازی یک نمونه مبدل دیجیتال به آنالوگ با نرم افزار MATLAB SIMULINK  در فصل چهارم ارائه شده است.

     

    2-2 مبدل دیجیتال به آنالوگ چیست

    مبدل های دیجیتال به آنالوگ که به اختصار  D/A یاDAC  نامیده می شوند تجهیزاتی هستند که سیگنالهای دیجیتال حاصل از یک پردازش دیجیتال ، مانند سیگنال خروجی از یک میکرو پروسسور یا سیگنال داخلی یک مبدل آنالوگ به دیجیتال را به سیگنال آنالوگ تبدیل می کنند. مبدل های دیجیتال به آنالوگ معمولاٌ به دو حالت زیر استفاده می شود.

     

    1- به عنوان یک وسیله مجزا از مبدل های آنالوگ به دیجیتال

    در این حالت مبدل های دیجیتال به آنالوگ معمولاٌ در قسمت سیگنالهای خروجی مورد استفاده قرار می گیرند. در این صورت مبدل های دیجیتال به آنالوگ سیگنالهای حاصل از پردازش دیجیتال را دریافت کرده و آن را به سیگنال متناظر آنالوگ تبدیل می کنند تا امکان ارسال این سیگنالها به تجهیزات آنالوگ وجود داشته باشد.در تجهیزاتی که عمل پردازش به صورت دیجیتال انجام می شود ، ولی سیگنالهای خروجی یا فرمانها به صورت آنالوگ صادر می شود (مثل برخی تجهیزات کنترل و حفاظت دیجیتال) استفاده از مبدل های دیجیتال به آنالوگ ضروری می باشد. مبدل های دیجیتال به آنالوگ علاوه برتبدیل سیگنال از دیجیتال به آنالوگ معمولاٌ سیگنال تبدیل یافته را با ضریب معینی تقویت و یا تضعیف می کنند تا اندازه سیگنال به مقدار لازم برسد.

     

    2-به عنوان یک وسیله داخلی مبدل آنالوگ به دیجیتال

    در این حالت مبدل دیجیتال به آنالوگ به عنوان بخشی از مبدل آنالوگ به دیجیتال به کار می رود و اغلب درون آن قرار داده می شود تا سیگنال دیجیتال داخلی مبدل آنالوگ به دیجیتال را دریافت کرده و دوباره این سیگنال دیجیتال را به سیگنال آنالوگ تبدل کند. این عمل به منظور مقایسه سیگنال ورودی و سیگنال حاصل از مبدل آنالوگ به دیجیتال  انجام می شود. سیگنال ورودی و سیگنال خروجی از مبدل دیجیتال به آنالوگ به یک مقایسه گر اعمال می شود. وقتی این دو سیگنال با هم برابر شوند عمل تبدیل سیگنال از آنالوگ به دیجیتال خاتمه یافته است.لذا سیگنال حاصل که به صورت دیجیتال در آمده است به قسمت پردازش سیگنال ارسال می شود و در ورودی مبدل آنالوگ به دیجیتال سیگنال دیگری جهت تبدیل وارد می شود. این فراینددر شکل2-1  نشان داده شده است

    عمل مقایسه بین دو سیگنال آنالوگ ورودی و سیگنال آنالوگ خروجی از مبدل دیجیتال به آنالوگ توسط یک مقایسه گر انجام می شود که مدار یک نمونه مقایسه گر در شکل2-2 آمده است

    در برخی از مبدل های آنالوگ به دیجیتال ممکن است از دو یا چند واحد مبدل دیجیتال به آنالوگ استفاده شود که نمونه ای از این مبدل ها در شکل 2-3 نشان داه شده است

    -3 ساختار مبدل های دیجیتال به آنالوگ

     یک مدار اساسی برای یک مبدل دیجیتال به آنالوگ چهار بیتی در شکل2-4 نشان داده شده است این مدار شامل قسمت های زیر است

    تقویت کننده عملیاتی(OP-AMP)

    مقاومتهای وزن دهی

    تقویت کننده عملیاتی(OP-AMP)  از طریق مقاومتهای وزن دهی به ورودیهای خط داده های بافر وصل می شود. مشاهده می شود که مقدار مقاومتهای وزن دهی متصل شده به هر یک از خطوط داده ها به صورت باینری زیاد شده است.بهره تقویت کننده عملیاتی به وسیله فرمول زیر داده می شود: 

  • فهرست و منابع پایان نامه آرایه های فازی و کاربرد آن ها در سیستم های مخابراتی و جنگ الکترونیک

    فهرست:

    فصل اول: مقدمه و کلیات       

    1-1 مقدمه کلی........................................................................................................................1

    1-2 تعریف مبدلهای آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ..................................................3

    1-3 انواع مبدل های آنالوگ به دیجیتال...................................................................................5

     

    فصل دوم: مبدل های دیجیتال به آنالوگ

    2-1 مقدمه................................................................................................................................7

    2-2 مبدل دیجیتال به آنالوگ چیست.........................................................................................7

    2-3 ساختار مبدل های دیجیتال به آنالوگ...............................................................................10

     

    فصل سوم: مبدل های آنالوگ به دیجیتال

    3-1 مقدمه..............................................................................................................................12

    3-2 اصول تبدیل آنالوگ به دیجیتال.......................................................................................12

    3-3 نحوه تقسیم بندی مبدل های آنالوگ به دیجیتال...............................................................15

    3-4 انواع مبدل های آنالوگ به دیجیتال..................................................................................16

    3-4-1 مبدل های انتیگرال گیر............................................................................................16

    3-4-2 مبدل های شیب.......................................................................................................18

    3-4-3 مبدل های تقریب پی در پی (متوالی) .......................................................................19

    3-4-4 مبدل های فلاش......................................................................................................21

    3-4-5 مبدل های سیگما دلتا...............................................................................................22

    3-4-5-1 مبدل سیگما دلتا چیست؟...............................................................................22

    3-4-5-2 اساس کار مبدل های سیگما دلتا....................................................................22

    3-4-5-3 ساختار و بلوک دیاگرام مبدل سیگما دلتا.......................................................23

    3-4-5-4 ویژگیهای مبدل سیگما دلتا............................................................................29

    3-5 مقایسه کیفی انواع مبدلهای آنالوگ به دیجیتال.................................................................29

    3-6 توان مصرفی و سرعت تبدیل در مبدل های A/D..............................................................30

    3-7 بررسی بیشتر برخی قطعات مرتبط با مبدل های A/D.........................................................30

    3-7-1 مبدل جریان به ولتاژ ................................................................................................30

    3-7-2 تقویت کننده های نمونه بردار و نگه دارنده (S/H) ..................................................31

    3-7-3 مالتی پلکسرآنالوگ.................................................................................................32

    3-8 تست مبدل های آنالوگ به دیجیتال.................................................................................33

    3-8-1 ضرورت تست مبدل های آنالوگ به دیجیتال...........................................................33

    3-8-2 انواع روشهای تست مبدلهای آنالوگ به دیجیتال.....................................................34

    3-8-3 روش هیستوگرام.....................................................................................................34

    3-8-4 روش تبدیل فوریه سریعFFT) ) .............................................................................35

    3-8-5 روش sine fit.........................................................................................................36

     

    فصل چهارم: طراحی و شبیه سازی مبدل های آنالوگ به دیجیتال با MATLAB  4-1مقدمه..............................................................................................................................38

    4-2 عناصر و اجزای استفاده شده در شبیه سازی مبدل آنالوگ به دیجیتال................................38

    4-3 توضیح مراحل شبیه سازی................................................................................................39

    4-4 شبیه سازی فلیپ فلاپ D مبتنی بر گیت های NAND.....................................................39

    4-5 شبیه سازی شمارنده دیجیتال 6 بیتی..................................................................................40

    4-6 شبیه سازی مبدل دیجیتال به آنالوگ.................................................................................42

    4-7 شبیه سازی مبدل آنالوگ به دیجیتال.................................................................................43

    4-8 ارائه و بررسی نتایج شبیه سازی.........................................................................................44

     

    فصل پنجم: طراحی یک نمونه مبدل آنالوگ به دیجیتال

    5-1 مقدمه..............................................................................................................................48

    5-2ساختار مدولاتور...............................................................................................................50

    5-3 طراحی مدولاتور در سطح سیستمی..................................................................................54

    5-4 طراحی مداری بلو کهای سازنده مدولاتور.......................................................................58

    5-5 مدار فیدبک مد- مشترک................................................................................................60

    5-6 مدار مقایسه گر................................................................................................................62

    5-7  مدار تولید کلاک...........................................................................................................63

    5-8 بافر خروجی....................................................................................................................65

    5-9سوئیچ های مدار...............................................................................................................66

    5-10 خلاصه مشخصات مدولاتور...........................................................................................66

     

    فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات..............................................................................68

    مراجع........................

    منبع:

    [1] J. Starzyk, J. Pang, "Fault Diagnosis in Analog and Mixed Mode Low Testability System", 4th WorldMulti-Conference on Systems, Cybernetics and Informatics (SCI2000), Florida, 2000, pp. 452-460

    [2] Fujimori, I., Koyama, K., Trager, D., Tam, F., and Longo, L. (1997). “A 5-V Single-Chip Delta-Sigma Audio A/D Converter with 111 dB Dynamic Range,” IEEE J. Solid-State Cicuits,

    Vol. 32, No. 3, pp. 329-336.

    [3] Leung, K. Y., Swanson, E. J., Leung, K., and Zhu, S. S., (1997). “A 5-V, 118dB Delta-Sigma Analog-to-Digital Converter for Wideband Digital Audio,” in ISSCC Dig. Tech. Papers, pp. 218-219.

    [4] Williams, L. A., and Wooley, B. A., (1994). “A Third-order Sigma-Delta Modulator with Extended Dynamic Range,” IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 29, No. 3, pp.193-202.

    [5] Fogleman, F., Welz, J., and Galton, I., (2001). “An Audio ADC Delta-Sigma Modulator with 100-dB Peak SINAD and 102-dB DR Using a Second-Order Mismatch-Saping DAC,” IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 36, No. 3, pp. 339-348.

    [6] Rabii, Sh., and Wooley, B. A., (1997). “A 1.8-V Digital-Audio Sigma-Delta Modulator in 0.8-μm CMOS,” IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 32, No. 6.

    [7] Sarhang-Nejad, M., and Temes, G. C., (1993). “A High-Resolution Multibit Sigma-Delta ADC with Relaxed Amplifier Requirements,” IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 28, No. 6, pp. 648-660.

    [8] Dessouky, M., and Kaiser, A., (2001). “Very Low-Voltage Digital-Audio Delta-Sigma Modulator with 88-dB Dynamic Range Using Local Switch Bootstrapping,” IEEE J. Solid- State Circuits, Vol. 36, No. 3, pp. 349-355.

    [9] Ferguson, P., Ganesan, J. A., Adams, R., Vincelette, S., Libert, R., and Vlope, A., (1991). “An 18-b 20 KHz Dual Sigma-Delta A/D Converter,” in ISSCC Dig. Tech. Papers, pp. 68- 69.

    [10] Zwan, E. J., (1997). “A 2.3mW CMOS Sigma-Delta Modulator for Audio Applications,” in ISSCC Dig. Tech. Papers, pp. 220-221.

    [11] Marques, A., Peluso, V., Steyaert, M. S., and Sansen, W. M., (1998). “Optimal Parameters for Delta-Sigma Modulator Topologies,” IEEE Trans. Circuits Syst. II, Vol. 45, No. 9, pp. 1232-1241.

    [12] Fujimori, I. et al, (2000). “A 90-dB SNR 2.5-MHz Output Rate ADC Using Cascaded Multibit Delta-Sigma Modulation at 8× Oversampling Ratio,” IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 35,No. 12, pp. 1820-1828.

    [13] Geerts, Y., Steyaert, M. S., and Sansen, W. M., (2000). “A High-Performance Multibit Delta-Sigma CMOS ADC,” IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 35, No. 12, pp. 1829-1840.

    [15] Geerts, Y., Marques, A., Steyaert, M. S., and Sansen, W. M., (1999). “A 3.3-V, 15-bit, Delta- Sigma ADC with a Signal Bandwidth of 1.1 MHz for ADSL Applications,” IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 34, No. 7, pp. 927-936.

    [16] Brigati, S. et al, (1999). “Modeling Sigma-Delta Modulator Non-idealities in SIMULINK,” in Proc. IEEE Int. Symp. Circuits and Systems, pp. 384-387.

    [17] Bult, K., and Geelen, G., (1990). “A Fast-Settling CMOS Op Amp for SC Circuits with 90-dB DC Gain,” IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 25, No.6, pp. 1379-1384.

    [18] Lioyd, J., and Lee, H. S., (1994). “A CMOS OpAmp with Fully-Differential Gain- Enhancement,” IEEE Trans. Circuits and Systs II, Vol. 41, No. 3, pp. 241-243.

    [19] Gulati, K., and Lee, H. S., (1998). “A High-Swing CMOS Telescopic Operational Amplifer,” IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 33, No. 12, pp. 2010-2019.

    [20] Palmisano, G. et al, (2000). “CMOS Output Stages for Low-Voltage Power Supplies,” IEEE Trans. Circuits Systs II, Vol. 47, No. 2, pp. 96-104.

    .

ثبت سفارش
عنوان محصول
قیمت