مقاله انالوگ

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله انالوگ دارای ۲۰ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله انالوگ  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله انالوگ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله انالوگ :

انالوگ

چکیده :
در این رساله یک مبدل آنالوگ به دیجیتال folding طراحی شده است. این مبدل آنالوگ به دیجیتال دقت ۸ بیت دارد و سرعت نمونه برداری آن در حدود MS/s100 است. این مبدل توسط تکنولوژی ۲۵/۰ ، CMOSدیجیتال طراحی شده است و ولتاژ تغذیه آن ۵/۲ ولت می‌باشد. در این پروژه تمام شبیه سازیها توسط HSPICE انجام شده است. همچنین مدل شبیه سازی ۴۹ level می‌باشد که توسط شرکت سازنده در اختیار ما قرار گرفته است. در این شبیه سازی گوشه های پروسس و عوامل mismatch مورد تحلیل قرار گرفته است.

یکی از مزیت های بسیار مهم این تکنولوژی هزینه ساخت بسیار پایین آن است. زیرا این تکنولوژی ۲۵/۰ ، یک تکنولوژی دیجیتال است و ما در این پروژه یک مدار آنالوگ با کیفیت بالا را با استفاده از تکنولوژی ارزان دیجیتال طراحی کرده ایم.
کلمات کلیدی:
نسبت Inter polation Ratio : Interpolation
نردبان مقاومتی : Resistive Ladders
بازده تولید: Yield
سیستمهای تصویر برداری مافوق صوت: Ultrasound Imaging Systems
نسبت folding : Folding Ratio
تقویت کننده های Folding : Folding Amplifiers
تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال

مقدمه
عصری را که در آن زندگی می کنیم به جرات می توان بیش از هر چیز، عصر پردازش سیگنالها 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 سیستمهای 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 ای

ده 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 ها

ی حاضر می باشند اما به دلیل اینکه دنیای واقعی یک طبیعت

آنالوگ است ، بایستی طراحی مبدلهای 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 ا

ز این مدارهای واسط می باشند. در مبدل های آنالوگ به دیجیتال 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 م

ی 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.
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
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
مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال نقش مهمی به عنوان رابط بین دنیای آنالوگ و دیجیتال ایفا می‌

کنند و مقدم بر هرگونه پردازش سیگنال است. مهمترین ویژگی‌های این المان قیمت پایین، اندازه کوچک و خصوصاً توان مصرفی پایین آن است. طراحی آسنکرون این المان، بدون کلاک و بر اساس تدبیر عبور از سطح قادر به تحقق ویژگی‌های فوق است. در این پروژه به بررسی تحلیلی م سطوح برای یک سیگنال گوسی با پهنای باند محدود محاسبه شده است و در ادامه دو روش دیگر برای نمونه‌گیری عبور از سطح معرفی گردیده است. در روش اول، نمونه‌برداری عبور از سطح تنها به کمک دو سطح که خود را با تغییرات سیگنال ورودی تطبیق می‌دهند، صورت می‌گیرد. در این روش از نواحی غیرفعال سیگنال که همبستگی زیادی دارند، نمونه‌های کمتری گرفته می‌شود و بنابراین تعداد متوسط نمونه‌ها کاهش می‌یابد. به بیان دیگر، این روش نمونه‌هایی با محتوای اطلاعاتی بالاتر تولید می‌نماید. در روش پیشنهادی دوم، فاصله بین دو سطح در روش اول، متناسب با شیب سیگنال ورودی تغییر پیدا می‌کند که باعث می‌گردد نمونه‌برداری عبور از سطح که ماهیتی آسنکرون دارد، یکنواخت‌تر گردد. در ادامه، الگوریتم تکرار به عنوان یک رهیافت مؤثر، برای بازسازی سیگنال از روی نمونه‌های غیریکنواخت مورد استفاده قرار می‌گیرد. الگوریتم تکرار در دو حالت سیستم معکوس (Inverse System) و نمونه‌برداری غیریکنواخت (Non-Uniform Sampling) برای هر سه نوع نمونه‌برداری عبور از سطح و به منظور بهبود عملکرد این مبدل‌ها مورد استفاده قرار گرفته، و پیچیدگی‌های مربوطه مقایسه گردیده است. سپس ساختار مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال سیگما- دلتا مطرح شده و با استفاده از الگوریتم تکرار و قرار دادن مدولاتور و مدولاتور سیگما- دلتا در حلقه تکرار، عملکرد این مبدل‌ها به طور محسوسی بهبود یافته است. در ادامه به مقایسه توأم بهبود عملکرد و پیچیدگی مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال عبور از سطح و سیگما- دلتا پرداخته شده است.
نمونه‌برداری
با استفاده از تبدیل فوریه می‌توان نشان داد که اگر از یک سیگنال آنالوگ با بسامد ۲ برابر حداکثر بسامد موجود در آن نمونه‌برداری کنیم، می‌توان با استفاده از مقادیر به دست آمده، سیگنال اصلی دقیقاً بازسازی کرد. به بسامد دو برابر مزبور بسامد نایکویست گفته می‌شود و در سیستم‌های عملی جهت ملاحظات خاصی ۲۲ در نظر گرفته می‌شود. حاصل نمونه‌برداری از سیگنال آنالوگ را سیگنال گسسته گویند.

کوانتیزه‌سازی
سیگنال گسسته را جهت دیجیتال‌سازی باید به مقادیر خاصی محدود کرد، به این عملیات، کوانتیزه‌سازی گویند. یک دلیل کوانتیزه سازی آن است که دستگاه‌های کنونی قدرت تشخیص صد در صد یک سیگنال و ذخیره سازی آن را ندارند.
دیجیتال سازی
سیگنال کوانتیزه را به صورتهای مختلف می‌توان دیجیتال (یعنی به رشته صفر و یک)

تبدیل کرد، که این خود اساس پیدایش دانش کدینگ است. هر سطح کوانتیزه را به صورتهای مختلف می‌توان دیجیتال کرد. این شیوه مربوط به علوم تازه کشف شده توسط بشر بنام داشاقینگ است که بیشتر مورداستفاده دانشجویان است.
پاسخ: طراحی مبدل های آنالوگ به دیجیتال
________________________________________
مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC)
۱- روش Flash:
در این روش ولتاژ ورودی ما همواره با یک ولتاژ ریفرنس مقایسه شده و در صورتیکه ولتاژ ورودی از ولتاژ مقایسه بیشتر باشد ، آپ امپ به اشباع مثبت میرود و ولتاژ VCC را در خروجی خود تولید میکند ، در صورتیکه ولتاژ از ولتاژ مقایسه کمتر باشد ، آپ امپ ۰ ولت در خروجی خود ظاهر میسازد ، که همانگونه که در شکل پیداست ، برای هر آپ امپ یک ولتاژ منحصر به فرد برای مقایسه تولید شده است ( توسط تقسیم ولتاژ بین مقاومتها )
خروجی آپ امپها به یک انکودر ۸ به ۳ با اولویت متصل است ، این انکودر با توجه به عدد دریافتی در ورودی خود ، یک عدد سه بیتی در خروجی خود تولید میکند .
در صورتیکه مثلا آپ امپ شماره ۵ ولتاژ VCC در خروجی تولید کند و آپ امپهای با اولویت بالاتر عددی تولید نکنند . ( وقتی آپ امپ شماره ۵ به اشباع رفته است ، حتما آپ امپ های ۴ و ۳ و ۲و ۱ هم در حالت اشباع مثبت قرار دارند ) انکودر در ورودی عدد با اولویت بالاتر و ورودی بالاتر را در نظر میگیرد و بدون توجه به بقیه آپ امپها ( ۴ و۳و۲و۱ ) عدد مربوط به فعا

ل بودن ورودی ۵ را در خروجی تولید میکند .

همانگونه که در شکل پیداست ، این مبدل ۳ بیتی است و از دقت بالایی برخوردار نیست . برای افزایش دقت باید از تعداد بیشتری آپ امپ و مقاومت استفاده شود .
برای مقاومتها باید از مقاومتهایی با تلورانس ۰% یا بسیار پائین استفاده کنید .در صورت استفاده از مقاومتهای معمولی در هر درجه حرارت یک عدد متفاوت در خر

وجی ADC ظاهر خواهد شد .

روش فلش ، سریعترین روش برای تبدیل مقادیر آنالوگ به دیجیتال میباشد ، اما دارای معایبی است ، تعداد بسیار زیاد آپ امپها ، عملا این روش را برای کاربرد های عادی نامناسب ساخته است ، در آینده به روش های اقتصادی تری اشاره خواهم داشت

روش های دیگری که برای تبدیل داده های آنالوگ به دیجیتال به کار میروند عبارتند از :
روش تبدیل تک شماره ایی (Single Counter )
روش تبدیل ردیابی (Tracking)
روش تقریبات متوالی Succesive Approximation

در روش تبدیل تک شماره ایی ، زمان تبدیل به نسبت کند و وابسته به مقدار ورودی است ، که به همین دلیل از شرح این روش میگذرم ، ( در صورت نیاز شرح این روش را هم در آینده قرار خواهم داد )

روش ردیابی گونه اصلاح شده روش روش تبدیل تک شماره ایست که مدت زمان تبدیل تنها در تبدیل اول زیاد خواهد بود و خروجی قابلیت دنبال کردن ورودی را داراست که بدلیل اینکه خروجی دارای مقداری ریپل است و هیچ گاه در عدد ثابتی قرار نمیگیرد از این روش نیز عبور میکنم .

اما روش استاندارد و راهی که بسیاری از شرکت های تولید تراش

ه برای قرار دادن مبدل آنالوگ به دیجیتال در آی سی خود در پیش گرفته اند استفاده از روش تقریبات متوالی میباشد که از آی سی های استفاده کننده از این تکنولوژی به خانواده ADC08XX میتوان اشاره کرد .
روش تقریبات متوالی دارای زمان تبدیل ثابت و مستقل از اندازه ولتاژ ورودی است و عملیات تبدیل با استفاده از نوع خاصی از شمارنده ها به نام اختصاری SAR صورت میگیرد که عملکرد مدار را در پست بعدی شرح میدهم .
مبدل آنالوگ به دیجیتال (که کوتاه شده ی آن ADC ،A/D یا A to D می باشد.)یک مدار الکتریکی داخلی است که سیگنال های پیوسته را به اعداد دیجیتالی گسسته تبدیل می کند.عمل عکس توسط یک مبدل دیجیتال به آنالوگ انجام می شود ADC)).

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 یا وسایلی که تنها بخشی از آن ها الکترونیکی است مانند rotary encoder ها را نیز می توان به عنوان ADC در نظر گرفت.

ADC های غیر خطی

اگر تابع چگالی احتمال سیگنالی که دیجیتالی می شود یکنواخت

باشد،آنگاه نسبت سیگنال به نویزی که به نویز تجزیه شده وابسته است بیش ترین امکان را دارد.به همین دلیل متداول است که سیگنال را پیش ازquantization از تابع توزیع تراکمی آن (CDF)می گذرانند.این روش مناسبی است زیرا نواحی که مهم ترند با دقت بیشتری quantized می شوند.در فرایند dequantization به معکوس CDFاحتیاج هست

برای اجتناب از ناهمواری ،ورودی ADC باید فیلتر low-pass شود تا فرکانس هایی که بیش از نصف سرعت نمونه برداری هستند پاک شوند.این فیلتر ،فیلتر صاف کردن

نا همواری ها نامیده می شودو برای یک سیستم ADC کاربردی که با سیگنال های آنالوگ فرکانس بالا کار می کند ضروری است.

اگر چه که در اکثر سیستم ها ناهمواری نا مطلوب است،اما می توان از آن برای ایجاد اختلاط پایین و همزمان یک دسته ی محدود سیگنال فرکانس بالا استفاده کرد.(بسامد مخلوط کن را ببینید.)

انواع واکنش ها

ADC های خطی

ADC های غیر خطی

خطای روزنه

سرعت نمونه برداری

نا همواری (انحراف)

در هم آمیختگی

فوق نمونه برداری

ساختار ADC

مبدل های تجاری آنالوگ به دیجیتال

کاربرد در ضبط موسیقی

کاربرد های دیگر
ADC یک مبدل آنالوگ به دیجیتال می باشد که با استفاده از پایه ۹ یعنی Vref می توان مقدار دامنه سیگنال ورودی را با توجه به مقدار ولتاژ این پایه تنظیم کرد.
به این صورت که اگر این پایه را رها کنیم و به جایی وصل نکنیم ولتاژ دامنه سیگنال ورودی می تواند در محدوده ۰ تا ۵ ولت باشد که در این صورت گام هر پله برابر با ۱۹۲۳=۲۵۶÷۵ میلی ولت خواهد شد. برای دیگر ولتاژ ها هم در زیر مشخص شده است:
Verf=2v -> vin=0v-4v 4/255=15.62mv
Verf=1.5v -> vin=0v-3v 3/255=11.71mv
Verf=1.28v -> vin=0v-2.56v 2.56/255=10mv
Verf=1v -> vin=0v-2v 2/255=7.81mv
Verf=.5v -> vin=0v-1v 1/255=3.90mv
گام پله یعنی اینکه به ازای چه مقداری از دامنه ورودی خروجی یک واحد باینری بالا یا پایین برود. مثلا با ولتاژ پایه ۲ولت خروجی دیجیتال ما به ازای هر ۱۵۶۲ میلی ولت ورودی یک واحد افزایش می یابد یعنی ۱۸۶۲=۰۰۰۰۰۰۰۱B و ۳۷۲۴=۰۰۰۰۰۰۱۰B خواهد شد و در سایر ولتاژ ها هم همین طور می باشد. البته اگر قادر به تولید این ولتاژ های پایه نباشیم

می توانیم توسط یک پتانسیومتر ۱۰ کیلو و با تنظیم آن یک ولتاژ مبنا ایجاد کرد.
تشریح پایه ها:
۱) CS این پایه در واقع انتخاب کننده چیپ می باشد. کار برد این پایه در مدارتی که نیاز به دو یا چند سنسنور باشد که برای هر سنسور یک ADC استفاده می کنیم و در میکرو ما می توانیم توسط این پایه مشخص کنیم که کدام یک از ADC ها انتخاب شوند و میکرو زیر برنامه چه سنسوری را اجرا کند. البته در مداراتی که از یک سنسور استفاده می کنیم چون ما یک آیسی داریم می توانیم آن را زمین کنیم.