طراحی پردازنده اصلاح خطا برای مبدل آنالوگ به دیجیتال خط لوله ای جهت دریافت سیگنال های عصبی

مبدل های آنالوگ به دیجیتال بخش ضروری سیستم هایی است که در آن ها پردازش سیگنال انجام می گیرد. در کاربردهایی همچون مخابرات بی سیم، بازشناسی تصویر و تجهیزات پزشکی نیاز به مبدل هایی است که علاوه بر دارا بودن تعداد بیت خروجی بالا بتوانند با سرعت مناسبی از سیگنال ورودی نمونه برداری کنند. برای پیاده سازی چنین مبدل هایی اغلب از ساختار خط لوله ای استفاده می گردد. مبدل های آنالوگ به دیجیتال خط لوله ای علاوه بر داشتن سرعت و دقت بالا دارای توان مصرفی مناسبی هستند. در فناوری های جدید که در آن با کاهش اندازه مشخصه، ترانزیستورهایی با طول کانال کوتاه برای دسترسی به سرعت های بالا مورد استفاده قرار می گیرند، طراحی مدارات آنالوگ با دقت مطلوب مشکل است. با توجه به این مسأله برای رفع یا بهبود عملکرد مبدل از مدارها و سیستم های جبران ساز بهره گرفته می شود. اغلب روش های پیشنهادی تنها تعدادی از خطاهای مبدل را اصلاح می کنند و نیاز به سیستمی که بتواند تمام خطا ها را جبران نماید همچنان باقی است. در این پایان نامه یک روش جدید دیجیتال بر مبنای پردازش بیت های خروجی مبدل ارائه شده است. ایده ی اصلی پیدا کردن تابعی است که خروجی مبدل را به عنوان ورودی دریافت کرده و مقدار اصلاح شده ی آن را تحویل دهد. در واقع این تابع، تقریبی از مدل معکوس خطاهای مبدل است و با اعمال آن بر روی داده های خروجی تأثیر خطاها تا حد قابل قبولی جبران می شود. برای یافتن تابع مناسب مجموعه ای از ورودی های از پیش مشخص به مبدل اعمال می شوند و خروجی متناظر با هر ورودی به دست می آید. سپس این مجموعه ی ورودی-خروجی برای تقریب تابع مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجایی که نمونه های ورودی را می توان با فواصل زمانی به مبدل اعمال نمود، نیازی به متوقف کردن کار عادی مبدل نیست و عملیات تقریب تابع توسط پردازنده طراحی شده در پس زمینه انجام می پذیرد. مدل تقریب زده شده به طور مداوم به روزرسانی می شود تا تغییرات خطا های مبدل قابل ردگیری باشد. برای بررسی عملکرد ساختار پیشنهادی ابتدا یک مبدل 12 بیت با 1/5 بیت در هر طبقه و فرکانس نمونه برداری 100ms/s در simulink پیاده سازی گردید. سپس خطاهایی به میزان 1 تا 5 درصد برای بخش های مختلف هر طبقه در نظر گرفته شد. پس از این مرحله چند الگوریتم مختلف تقریب تابع بر روی خروجی مبدل اعمال شدند و بهترین الگوریتم از لحاظ عملکرد و حجم محاسبات برای پیاده سازی انتخاب گردید. سپس ساختار پیشنهادی با استفاده از الگوریتم انتخابی بر روی تراشه xilinx virtex-4 lx25 fpga پیاده سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که برای فرکانس ورودی 5/34mhz مقدار پارامتر sndr از 45db به 69db بهبود می یابد. همچنین مقدار پارامترsfdr از 45/5db به 90db افزایش می یابد. روش پیشنهادی دارای مزایای زیر است: زمان لازم برای جبران سازی مبدل کوتاه است. کل خطا های مبدل همزمان جبران می شود و فرآیند جبران سازی مستقل از نوع خطا ها است. برای انجام جبران سازی نیاز به دستکاری ساختار متداول مبدل نیست و اصلاح خطا با پردازش بیت های خروجی مبدل بدون اختلال در کار آن انجام می پذیرد.