عنوان پایان‌نامه
طراحی و شبیه سازی مدولاتور دلتا سیگمای زمان پیوسته توان پایین در تکنولوژی CMOS برای پردازش سیگنالهای زیستی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده برق و کامپیوتر شماره ثبت: E1904;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 49001
- تاریخ دفاع
- ۱۸ مرداد ۱۳۹۰
- دانشجو
- محمدحسین نادری علی زاده
- استاد راهنما
- شاهین جعفرآبادی آشتیانی
- چکیده
- امروزه دستگاه¬های قابل¬حمل دریافت و پردازش سیگنال¬های حیاتی بدن به شدت موردنیاز می¬باشد. این نوع دستگاه¬های قابل¬حمل کاربرد زیادی در تشخیص پزشکی از راه دور و گزارش وضعیت بیمار به پزشک دارد. مزیت دیگر این نوع دستگاه¬ها سنجش بدن انسان بدون محدودیت در حرکت می¬باشد. جهت پردازش سیگنال¬های حیاتی بدن در هر سیستم نیاز است بعد از تقویت سیگنال ورودی توسط یک تقویت¬کننده نویز¬پائین، یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (A/D) سیگنال¬های تقویت¬شده حیاتی بدن را به سیگنال¬های قابل پردازش دیجیتال تبدیل کند. هدف این پایان نامه طراحی یک مبدل A/D در تکنولوژی CMOS است که دارای توان مصرفی پائینی بوده و همچنین نویز پائینی داشته باشد تا بتوان از آن در دستگاههای قابل حمل دریافت سیگنال¬های الکتروکاردیوگرام (ECG)، الکترومایوگرام (EMG) و الکتروانسفالوگرام (EEG) استفاده کرد. محدوده فرکانسی این مبدل داده باید محدوده¬ی فرکانسی سیگنال¬های حیاتی بدن که بین Hz1/0 الی KHz10 می باشد را شامل شود. از آنجایی که سه مشخصه کلی تعداد بیت، سرعت نمونه برداری و توان مصرفی نقش کلیدی در تعیین نوع مبدل مورد طراحی دارد، لذا با توجه به ویژگی¬های گفته شده برای مبدل موردنظر که عبارتند از نویز پائین، دقت بالا، محدوده فرکانسی پائین و توان مصرفی بسیار پائین می¬باشد، بهترین گزینه مدلاتور دلتاسیگمای زمان-پیوسته پائین¬گذر می¬باشد. در این پایان نامه به طراحی و شبیه سازی مبدل دلتا سیگمای زمان-پیوسته پائین¬گذر در تکنولوژی µm18/0 CMOS و تحت ولتاژ تغذیه 5/1 ولت پرداخته شده است. برای پیاده سازی فیلتر حلقه ¬ی مورد نیاز این مبدل دلتاسیگما از انتگرال¬گیر مقاومتی¬خازنی فعال ، فیلتر Gm-C و فیدبک جریان استفاده گردیده است. برای کاهش توان از یک آپ امپ کاسکود تاشده کم¬توان با نویز ورودی کم در طبقه اول و از دو بلوک Gm توان پایین در طبقات دوم و سوم برای پیاده¬سازی ضرایب موردنیاز استفاده شده است. برای کاهش مساحت تراشه از منابع جریان به جای مقاومت¬های موجود در مدار فیدبک و فیدفروارد استفاده گردیده است. با شبیه¬سازی کامل مدار با نرم افزار شبیه¬ساز HSPICE، SNDR برابر dB9/96 در پهنای¬باند KHz10 تحت توان مصرفی µW67 با منبع ولتاژ 5/1 ولت به¬دست آمد. نرخ شایستگی مدلاتور دلتاسیگمای طراحی شده pJ0538/0 گردید که در بین نرخ شایستگی¬های گزارش شده در بین مبدل¬های آنالوگ به دیجیتال پائین¬گذر، مقدار بسیار مناسبی می¬باشد.
- Abstract
- This project presents a 1.5-V third order one-bit continuous-time ?? modulator for bio-signal processing. A new idea is presented to decrease power dissipation and area in order to use proposed ?? modulator in portable biomedical applications. The proposed loop filter has been implemented by using an active-RC integrator, Gm-C filters and current feedback. A low-noise single-stage folded-cascode amplifier in the 1st stage and two low-power Gm blocks in the 2nd and 3rd stages are used for implementing the loop filter and decreasing the power dissipation. This circuit is simulated using TSMC 0.18?m technology in HSPICE. The presented continuous-time ?? modulator achieves 96.9 dB SNDR and 104 dB dynamic range in a 10 kHz bandwidth with an over sampling ratio of 128. The total power consumption of the modulator is only 67?W from a 1.5 V power supply.
