در این پروژه، هدف طراحی یک فیلتر آنالوگ ولتاژ پائین می باشد که بتواند در سه مد میانگذر، بالاگذر و پائین گذر عمل نماید. از آنجائیکه مدارات biquad ، می تواند بطور همزمان دارای سه خروجی پائین گذر ، میان گذر و بالاگذر باشند از تحلیل این مدار در طراحی فیلتر استفاده شده است . در طراحی انتگرال گیر که از بلوکهای ساختاری در فیلتر مباشد از یک تقویت کننده تک ورودی به جای تقویت کننده های با ورودی تفاضلی استفاده شده است . تکنیک بکار گرفته شده در طراحی این فیلتر براساس تکنیک خازن سوئیچ شده(sc) می باشد. چون فیلتر طراحی شده state variable است می توان با کسکید کردن به درجات بالاتری از فیلتر مورد نظر رسید. برای صحت طراحی بلوکهای ساختاری فوق، طراحی یک فیلتر پائین گذر چبی شف درجه 4 ارائه شده است که از نرم افزارهای pspice و orcad9.1 برای شبیه سازی آن استفاده شده است . پیاده سازی فیلتر مذکور در تکنولوژی 0/8 میکرون cmos صورت گرفته است .

سنسور میدان مغناطیسی مبدلی است که میدان مغناطیسی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. سنسورهای نیمه هادی گالوارنومگنتیک ، با توجه به نیروی لورنتس که به حاملهای بار وارد می شود، به میدان مغناطیسی حساس می باشند. در این پایان نامه ابتدا به فیزیک اثر هال که یکی از مشهودترین آثار گالوانومگنیک می باشد، در نیمه هادیها پرداخته شده است . ابتدا یک تحلیل تقریبی ارائه شده و سپس روابط دقیقتر برای ضرایب استخراج شده است . بعد از آشنایی با فیزیک اثر هال به بررسی یکی از افزاره های مهم هال بنام صفحه هال پرداخته ایم. در مطالعه خود با بررسی شکلهای مختلف صفحه هال ضریب تصحیح هندسی برای هر یک را بدست آورده ایم. انتخاب ماده مورد نظر برای ساختن سنسور کارآمد و نکات عملی در بهبود عملکرد سنسور ارائه شده است . حساسیت افزاره های غیرمغناطیسی مانند ujt, mos، تریستور، دیودهای با سرعت باز ترکیب متفاوت سطحی و مغناطیس سنجهای حوزه حامل بررسی و نحوه افزایش و بهبود حساسیت بحث شده است . ساختارهای مختلف مگنتوترانزیستورها که از مهمترین نوع سنسورهای مغناطیسی می باشند، بررسی شده و در هر مورد با اعمال تقریبهایی روابط تحلیلی برای توجیه عملکرد افزارده استخراج شده است . در انتها نتایج عددی مربوط به ضریب تصحیح هندسی صفحات هال ارائه شده و مقایسه ای نیز بین شکلهای مختلف صفحه هال صورت گرفته است . اثر میدان مغناطیسی بر یک پیوند n+p و یک ترانزیستور n+pn بررسی شده و تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل جریان بایاس ، میزان ناخالصی ها، طول ناحیه بیس در ایجاد میدان هال در عرض یک پیوند مطالعه شده است .

در این پروژه مدار مجتمع گیرنده سنسورهای اولتراسوند آرایه فازی با تکنولوژی cmos طراحی و شبیه سازی شده است . یک سیستم تصویربرداری آرایه فازی اولتراسوند شامل سه قسمت اصلی پیش تقویت کننده، تقویت کننده بهره متغیر و تاخیر آنالوگ می باشد. در ابتدا روشهای تصویربرداری اولتراسوند، همچنین ترانسدیوسرهای مورد استفاده در تصویربرداری مورد بررسی قرار گرفته اند. به منظور تقویت سیگنالهای ضعیف ترانسدیوسرها دو نوع پیش تقویت کننده، یکی تقویت کننده بار و دیگری تقویت کننده امپدانس انتقالی طراحی و شبیه سازی شده است . مدار پیش تقویت کننده و ترانسدیوسر پاسخ فرکانسی میان گذری با پهنای باند 3 mhz در فرکانس رزنانس ترانسدیوسر (3 mhz) ایجاد می کنند. پس از بررسی تقویت کننده های بهره متغیر حلقه بسته و حلقه باز،، دو تقویت کننده بهره متغیر، یکی حلقه بسته آپ امپی و دیگری حلقه باز و براساس قانون درجه دوم جریان در ترانزیستور mos طراحی گردیده اند. مجموع پیش تقویت کننده و تقویت کننده بهره متغیر، نویز معادل کمتر از 10 میکروولت با پهنای باند 3 mhz در ورودی خواهند داشت . هسته اصلی مدار، یعنی پیش تقویت کننده و تقویت کننده بهره متغیر با استفاده از پارامترهای تکنولوژی cmos4s با حداقل ابعاد 1/2 میکرون شبیه سازی شده است . جانمایی این بخش از مدار 0/4 میلی متر مربع از سطح تراشه را اشغال می کند و توان تلفاتی آن در حدود 16 میلی وات می باشد. در انتها ccdها به عنوان خط تاخیر آنالوگ با پاسخ فرکانسی بالا و راندمان مناسب مورد بررسی قرار گرفته اند. خط تاخیر ccd می تواند به صورت هایبرید و یا به صورت یکپارچه در یک تکنولوژی مرکب cmos-ccd به کار برده شود.

هدف از اجرای این پروژه، طراحی پورت خروجی سیستم های اتوماسیون صنعتی بصورت مجتمع است . با توجه به عملکرد سیستم، از طبقات مختلفی چون latch، مبدل دیجیتال با انالوگ ، دیکودر و بافر خروجی بهره بردیم. در طراحی مبدلهای دیجیتال به انالوگ در سیستمهای اتوماسیون، تا حد امکان سعی نموده ایم تا سرعت عملکرد آن بالا باشد چرا که در صورت تهیه مبدلهای با سرعتهای بالا، می توان از آنها جهت سرویس دادن به چندین کانال خروجی بهره گرفت و همین امر باعث میگردد علاوه بر کاهش توان مصرفی، سطح اشتغال شده در مورد نیاز کمتری را نیز به خود اختصاص دهد و در صورت بکارگیری مبدلها، در یک کانال خروجی، سیستم اتوماسیون را قادر خواهد کرد تا پروسه های صنعتی بسیار سریع را نیز تحت کنترل در آورد از اینرو در طراحی مبدل دیجیتال به انالوگ ، از تکنیک مد جریان بهره بردیم. مدار هر یک از طبقات فوق پس از طراحی، با استفاده از مشخصات عناصر ساخته شده در تکنولوژی 1.5 میکرون استاندارد es2 و توسط نرم افزار پی اسپایس مورد بررسی و تجریه و تحلیل قرار گرفت و بهترین مداری که جوابگوی نیازهای آن طبقه باشد انتخاب گردید سپس اقدام به تهیه جانمائی کلیه طبقات با استفاده از نرم افزار ledit نمودیم. فضای اشغال شده واحدهای مختلفی چون d فلیپ فلاپ 87 x66 ، دیکودر 130 x153 2x4، بافر خروجی 324 x122 و جریان مرجع 172 x72 حاصل گردیده است . پورت خروجی طراحی شده با بهره گیری از یک مبدل دیجیتال به انالوگ 8 بیتی و تغذیه +-5 ولت ، دارای فرکانس عملکرد 5 مگاهرتز و توان مصرفی 29.3 میلی وات می باشد، و حساسیت حرارتی جریان مرجع، بسیار پائین و در حدود 0.005 a/c و زمان نشست جهت ورودی مقایس کامل، 700 نانو ثانیه حاصل گردیده است . محدوده تغییرات خروجی از صفر تا ولت می باشد قابل ذکر است شبیه سازی نهایی سیستم، با استفاده از فایلهای پی اسپایس استخراج شده از نرم افزارم ledit ، صورت پذیرفته است .

تقویت کننده های عملیاتی از جمله مهمترین و پرکاربردترین بلوکها در مدارهای آنالوگ می باشند. مشخصات زمانی و فرکانسی تقویت کننده های عملیاتی، ضمن ارتباط تنگاتنگ و نزدیکی که با هم دارند، هر یک به نحوی تعیین کننده عملیات cmos است که مشخصات زمانی آن با دقت مورد بررسی قرار گرفته است . نویز، به عنوان یکی از مشخصات حائز اهمیت در مدارهای مجتمع آنالوگ ، مطرح می باشد. در این پایان نامه، الگوریتمی به منظور بهینه سازی نویز معادل ورودی تقویت کننده مطرح شده و در طراحی تقویت کننده بکار گرفته شده است . در تقویت کننده های باند وسیع، به منظور حفظ پایداری مدار و همچنین جلوگیری از اتلاف پهنای باند تقویت کننده، بررسی میزان و نحوه اثر عناصر پارازیتی واقع در پایانه های تقویت کننده و همچنین عناصر پارازیتی وارد شده در طرح، در اثر نحوه رسم جانمایی مدار، اجتناب ناپذیر می باشد. لذا در این پایان نامه، این دو مساله به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفته و در هر دو مورد راه حلهای مناسب به منظور رسیدن به بهترین پایخ، ارائه شده است . در نهایت با استفاده از اصول مطرح شده در این پایان نامه و با استفاده از تکنولوژی 0/8 میکرومتری cmos، یک تقویت کننده عملیاتی با مشخصات زیر طراحی شده است : gbw780mhz settling time8ns dc gain75 db output swing0/67 phase margin53 power dissipation120mw slew rate200v/us vdd3v & cl5pf

در این پروژه مطالعه کاملی بر روی الکتروموتورهای dc بدون جاروبک [ساختمان - انواع - روابط حاکم و روشهای متداول کنترل آنها]، و سنسورهای تعیین موقعیت در ارتباط با کنترل این نوع الکتروموتورها صورت گرفته است . سپس عناصر و قطعات نیمه هادی قدرت را برای فعال نمودن تغذیه الکتروموتور، بررسی نموده و در میان آنها عنصر igbt را به عنوان عنصری نزدیک به ایده آل، انتخاب و بررسی های کاملی بر روی آن انجام دادیم. در میان روشهای کنترل، روش تغذیه سینوسی، روش کنترل سینوسی با هسیترزیس به دلیل سادگی اجرا و پاسخ سریع، مد نظر قرار گرفت و محاسبات دقیق ریاضی بر روی آن انجام گردید. سرانجام با بدست آوردن بلوک دیاگرام روش کنترل و با عنصر سوئیچینگ قدرت انتخاب شده، تراشه های مختلف در این زمینه، بررسی و بلوک دیاگرام تراشه مورد نظر، طراحی گردید. سپس هر یک از بلوکهای سیستم کنترل مذکور را باتکنولوژی cmos طراحی و با استفاده از نرم افزار اسپایس ، رفتار آنها را شبیه سازی و طرح آن را بهینه نمودیم. در انتها تراشه فوق همراه با پرامترهای الکتروموتور، به طور کامل با اسپایس شبیه سازی گردید و اثر تغییر پارامترهای مختلف الکتروموتور از قبیل: گشتاوربار - ضریب اصطکاک و ممان اینرسی، بر روی جریان استاتور و دور الکتروموتور، بررسی گردید.

طی این رساله به طراحی یک مبدل 8d/a بیتی در مد جریان با استفاده از تکنولوژی 1.2mn-well cmos پرداخته ایم. سرعت نمونه برداری این مبدل 250 msps است که آنرا در رده مبدلهای فوق سریع قرار می دهد. در این مدار خطای ناشی از غیر خطی بودن مجموع و تفاضلی با استفاده از روش مونت کارلو و با در نظر گرفتن 10 درصد خطای انحراف در پارامترهای مختلف و 1 درصد خطای عدم تطابق این پارامترها محاسبه گردیده است و به ترتیب+5lsb و+2lsb بدست آمده است که در صورت اصلاح پارامترها می تواند کاهش یابد. مدار طراحی شده می تواند از تغذیه 2.5 v تا 10 v کار کند. توان مصرفی در حدود 16mw و سطح تراشه در حدود 9.74 10 mm بدست آمده است . وضعیت حرارتی این مدار خوب بوده و ضریب حرارتی در حدود+150ppm/c برای آن محاسبه شده است . برای آنکه این مبدل کاربرد عمومی پیدا کند از یک opamp در خروجی استفاده کرده ایم که البته باعث کاهش حداکثر سرعت نمونه برداری می گردد ولی مزایای دیگری به طرح اضافه می کند. مشخصات خوب این opamp باعث می شود تا بتوان یا سرعت نمونه برداری 10 msps بار خازنی 15 pf و بار مقاومتی 2 k را راه اندازی نمود. این opamp که بصورت تک طبقه طراحی شده است دارای پهنای باند بهره واحد 70 mhz، آهنگ تغییرات 50 v/ s، حاشیه فاز 40 درجه و توان مصرفی 9.56mw می باشد.

در این پروژه ، یک سیستم الکترونیکی کاشت حلزون طرح شده است که در آن تمامی پردازشهای دیجیتالی مورد نیاز به توسط پردازشگر آنالوگ به اجرا در می آید. طرح براساس عملکرد ترانزیستورهای ماس در زیر آستانه و در مد ولتاژ کم-توان کم بنا نهاده شده است.

در این پروژه هدف طراحی و شبیه سازی مداری جهت اندازه گیری بار ذخیره شده در گیت شناور یک ماسفت گیت شناور است. ماسفت گیت شناور ساختاری شبیه به ماسفت معمولی دارد با این تفاوت که بین گیت کنترلی و زیرلایه آن یک گیت شناور پلی سیلیسیمی وجود دارد که توسط عایق دی اکسید سیلیسیم احاطه شده است.می توان بار را با کمک خاصیت تونل زنی دراین گیت شناور برای مدت طولانی ذخیره نمود. برای اندازه گیری این بار ابتدا ساختار این ترانزیستور مورد بررسی قرار می گیرد. معادلات ولتاژ -جریان حاکم بر آن استخراج می شود و یک ماکرومدل قابل استفاده جهت شبیه سازی این ترانزیستور و بار ذخیره شده در آن در نرم افزارهای مبتنی بر اسپایس ارائه می گردد. سپس مدارات متنوعی جهت حس و اندازه گیری بار ذخیزه شده در گیت شناور این ترانزیستور طراحی می شود و نهایتا بعضی از این مدارات شبیه سازی می گردند.