بخشی از مقاله
چکیده
مبدل آنالوگ به دیجیتال - ADC - یکی از بلوک های اساسی در سیستم های رو تراشه - SoC - است و به عنوان یک پل بین دنیای فیزیکی آنالوگ و دنیا منطق دیجیتال عمل می کند. در این مقاله، یک مبدل داده نوع فلش طراحی و شبیه سازی شده است. اینکودر استفاده شده برپایه MUX و مقایسه گر از نوع دو طبقه با سرعت بالا استفاده شده است. شبیه سازی های انجام شده نشان میدهد که مدار طراحی شده عملکرد مطلوبی برای کار در کاربردهای توان پایین دارند. مبدل فلش در تکنولوژی 180nm طراحی شده و در نرم افزار ADS شبیهسازی شده است.
-1 مقدمه
مبدل آنالوگ به دیجیتال که به اختصار ADC نامیده می شود، یک نوع مدار مجتمع است که سیگنال آنالوگ را به دیجیتال تبدیل می کند. مانند تبدیل صدای یک مکان عمومی به کدهای دیجیتال. سیگنال آنالوگ ذاتا پیوسته است و با اندازه گیری به دست می آیند در حالی که کدهای دیجیتال گسسته هستند و با شمردن به دست می آیند. کدهای دیجیتال فقط دو حالت دارند، حالت 1 و یا صفر که به باینری مشهور است و مشخص کردن حالت آنها بسیار ساده است. برای داشتن رزولوشن بهتر به ADCهایی با توان پایین و سرعت بالا مورد نیاز است. ADC ها بر اساس کاربرد آنها مطالعه می شوند، انواع آنها شامل ADC نوع فلش، SAR، pipeline و ... است.
مبدل A به D نوع فلش، سریع ترین نوع مبدل است که معمولا به آن مبدل مستقیم می گویند ولی با توجه به سرعت بالای آن توان مصرفی بیشتری نسبت به سایر مبدل ها دارد . - Hideo Suzuki,, 2009 - مبدل ADC فلش دارای نردبان مقاومتی و مقایسه گر است. مقایسه گر ولتاژ ورودی را با ولتاژ مرجع مقایسه می کند. ولتاژ مرجع توسط یک شبکه مقاومتی ایجاد می شود. خروجی مقایسه گرها به اینکودر دیجیتال اعمال می شود که آن را به کد باینری تبدیل می کند. مدار ساده شده شبیه سازی شده را در شکل - 1 - مشاهده می کنیم.
در این مقاله از اینکودر بر پایه MUX و مقایسهگر توان پایین حلقه باز استفاده شده است. شبیه سازی نشان می دهد که توان مصرفی اندک مبدل فلش طراحی شده آن برای کاربردهای توان پایین مناسب کرده است. در مبدل طراحی شده فقط از گیتهای دیجیتال استفاده شده است. مدار پیشنهادی در تکنولوژی 180nm طراحی و با استفاده از نرم افزار ADS شبیه سازی شده است.
-2 ساختار مقایسه گر
مقایسه گر یکی از بلوک های اصلی در طراحی سیستم ADC است، مدار مورد استفاده در این مقاله را در شکل - 2 - مشاهده می کنید در این مدار ترانزیستورهای M2 و M3 نوع NMOS هستند و به عنوان جفت دیفرانسلی ورودی عمل می کنند و توسط ترانزیستور دنباله M4 بایاس می شوند. زوج ورودی توسط اتصال دیودی نوع PMOS و اتصال زوج ضربدری بارگذاری شده اند که مانند حلقه فیدبک مثبت عمل می کنند. هدف حلقه فیدبک افزایش گین ولتاژ به دست آمده از M2-M3 است. ترانزیستورهای M9 و M10 یک آینه جریان را تشکیل می دهند و جریان آن توسط M5 و M7 با هم فراهم می شود. خروجی طبقه اول مقایسه گر توسط یک سورس مشترک نوع PMOS تقویت می شود. در خروجی نیز از یک معکوس گر استفاده شده است.
-3مدار اینکودر بر پایه MUX
در ADC، یک سری مقاومت و مقایسهگر رشته ای از 1 ها رو تولید میکنند که توسط رشتهای از صفرها دنبال میشوند. کد به وجود آمده ترمومتر نام دارد که باید به کد باینری تبدیل شود. اینکودر وظیفه تبدیل کد ترموتر به باینری را برعهده دارد. یک روش معمول برای اینکود کردن کد ترمومتر استفاده از اینکودر بر پایه binary-ROM است - . - K. Uyttenhove ,2000 این روش گرچه ساده اما کند و با مصرف توان زیاد است. اینکودر Fat-Tree نیز از گیتهای OR استفاده میکند - D. Lee, 2002 - که به دلیل تعداد زیاد گیتهای استفاده شده مساحت زیادی را اشغال می کند و دارای خطای حبابی است.
برای مقابله با خطای حبابی از اینکودر درخت والاس استفاده میشود - - F. Kaess, 1997، که از تمام جمع کننده ها به عنوان شمارنده یک ها استفاده می شود. در این روش با ارزشترین بیت از طریق مجموعه ای از تمام جمع کننده ها به دست می آید که تاخیر زیادی را به وجود می آورد و موجب کندی سیستم می شود. اینکودر درخت والاس تا شده برای کاهش تعداد تمام جمع کننده ها و به تبع کاهش زمان تاخیر پیشنهاد شده است، ولی این ساختار مشکل عدم توازن مسیرهای سیگنال را دارد که عملکرد مطلوب ADC فلش را کاهش می دهد.
در اینکودر بر پایه مالتیپلکسر که در شکل - - 3 نشان داده شده است تماما از MUX استفاده شده است. در مقایسه با اینکودرهای درخت والاس و درخت والاس تا شده، اینکودر بر پایه مالتیپلکسر خطای حبابی ناچیز و سخت افزار کمتری برای پیاده نیاز دارد و مسیر بحرانی آن بسیار کوتاه تر است که باعث افزایش سرعت آن می شود.
