طراحی مبدل آنالوگ به دیجیتال دلتا-سیگمای ولتاژ پایین با توان مصرفی بسیار کم مورد استفاده در ابزار دقیق پزشکی

مبدل های آنالوگ به دیجیتال با توجه به رشد روز افزون فناوری در زمینه دیجیتال و تمایل به استفاده از این حوزه، جزء مهمترین بخش های هر سیستم دیجیتالی قرار دارد که به نوعی با دنیای واقعی در ارتباط هستند. از طرف دیگر، کاهش ابعاد مدار و در نتیجه کاهش ولتاژ تغذیه، جزء جدایی ناپذیر روند پیشرفت در فناوری ساخت قطعات الکترونیکی بوده که به نوبه خود طراحی مدارهای مجتمع و به خصوص مدارهای مجتمع آنالوگ را دشوارتر می کند. به علاوه، با در نظر گرفتن بهینه بودن مصرف توان، که از الزامات قابل حمل بودن محسوب می شود، کار طراحی مدارهای مجتمع آنالوگ و به ویژه مبدل های آنالوگ به دیجیتال بیش از پیش دشوار خواهد شد. از طرفی، در میان مبدل های آنالوگ به دیجیتال، مدولاتورهای دلتا- سیگما از جایگاه ویژه ای برخوردارند. در این مبدل ها، از آنجاییکه طراحی در دو سطح سیستم و مدار انجام می شود، درجه آزادی بیشتری برای طراحی وجود دارد.در این پژوهش هدف طراحی یک مبدل آنالوگ به دیجیتال دلتا- سیگما با ولتاژ تغذیه پایین و توان مصرفی کم می باشد. در این طراحی، با ارائه مدل اصلاح شده ای برای مدولاتور، نشان داده شده است که عملکرد مدولاتور به طور قابل ملاحظه ای بهبود یافته است. یکی از مهمترین نتایج مدل ارائه شده، استفاده از آپ امپ های با بهره کم ( 30db) است که در طراحی های ولتاژ پایین پیامدی بسیار مطلوب به حساب می آید که هم فرآیند طراحی را آسان تر می کند و هم منجر به کاهش قابل ملاحظه ی توان مصرفی می شود. نوآوری دوم این پژوهش ارائه روشی جدید برای بدست آوردن ضرایب فیلتر به صورت بهینه است که در مدولاتورهای دلتا- سیگما یکی از مهمترین مراحل طراحی محسوب می شود. در روش ارائه شده، با توجه به ساده سازی انجام شده برای مدل مدولاتور، امکان استفاده از روشهای بهینه سازی فراهم شده است. در روش ارائه شده در این پژوهش برای محاسبه ضرایب فیلتر از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است و نشان داده شده است که برای یک مدولاتور با مرتبه ثابت و به ازاء یک ضریب بیش نمونه برداری ثابت، مجموعه ضرایبی وجود دارند که به ازاء آنها عملکرد مدولاتور که همان مقدار snr می باشد، نسبت به طراحی مرسوم بهبود می یابد. برای تایید مدل ارائه شده، یک مدولاتور مرتبه 2 با پهنای باند 500 hz و دقت 70 db در تکنولوژی 0.18 um با ولتاژ تغذیه 1 v طراحی و شبیه سازی شد.