تحلیل و طراحی مدارهای فشر-گستر مد جریان، بررسی رفتار غیر خطی و کاربرد آنها در مبدلهای داده

گرایش مستمر به سمت وسایل قابل حمل الکترونیکی که عموماً با باطری کار می کنند، تلاش محققان را به سمت بکارگیری مدارات فشر- گستر، که دارای قابلیت کار در ولتاژ و توان مصرفی پایین می باشند، افزایش داده است. از آنجاییکه طیف وسیعی از توابع پردازش سیگنال به صورت روابط غیرخطی و دیفرانسیلی بیان می شوند و در مدارهای فشر-گستر مد جریان، پیاده سازی این روابط بسیار ساده است، ارایه روشهای تحلیلی برای شبکه های فشر-گستر استاتیکی و دینامیکی و نیز طراحی مدارهای جدید در این مد برای تحقق روابط دیفرانسیلی با هدف بهبود عملکرد مدارهای موجود و رفع معایب آنها دارای اهمیت است. در این رساله پس از بررسی مدارهای فشر-گستر موجود، تحلیل و طراحی شبکه فشر- گستر مد جریان بصورت عام ارایه می گردد. با بکارگیری نتایج بدست آمده، استفاده از خواص این شبکه ها تسهیل یافته و توسعه کاربرد آنها فراهم می گردد. این تحلیل همچنین باعث سهولت در تحلیل خودکار شبکه ها می شود. همچنین با توجه به قابلیتهای مختلف ترانزیستور mos - fg از قبیل کارکرد در ولتاژ تغذیه پایین، توان مصرفی کم و قابلیت برنامه ریزی و جبران سازی، در این رساله طراحی حلقه های translinearبا بکارگیری این ترانزیستورها ارایه می شود. این حلقه ها نسبت به حلقه های پیشین دارای قابلیتهای مختلفی از جمله مصونیت از اثر بدنه، پیچیدگی مداری کمتر و عدم نیاز به مدارات اضافی برای بایاس بوده و نیز منبع تغذیه لازم در آنها کمتر است. از آنجاییکه در مدارهای فشر-گستر ولتاژگره های داخلی بصورت فشرده و غیرخطی بوده و دارای رفتار سیگنال بزرگ می باشند بکارگیری روشهای سیگنال کوچک همچون استفاده از سری تیلور و سری های ولترا در تحلیل رفتار غیر خطی باعث ارزیابی نادرست عملکرد آنها می شود. در این رساله ضمن مرور روشهای ارایه شده قبلی یک الگوریتم جدید مبتنی بر بکارگیری تکنیک موازنه هارمونیکی برای تحلیل اعوجاج مدارات فشر-گستر ارایه می شود. این روش نسبت به روشهای مشابه قبلی دارای دقت بیشتر و پیچیدگی محاسباتی کمتر است و نیز محاسبه هارمونیکهای با مرتبه بالا را فراهم می سازد. همچنین یک روش تحلیل نویز برای نویز ناشی از المانهای مدارات فشر-گستر ارایه گردیده است. از روشهای پیشنهادی فوق می توان به عنوان یک ابزار طراحی جدید( cad ) در روند طراحی مدارهای فشر-گستر استفاده نمود. مبدل سیگما- دلتا و مبدل rms به dc واقعی از جمله کاربردهای مهم مدارهای فشر-گستر می باشند. با توجه به استفاده روزافزون از تکنیک soc در مدارهای حسگر، و نیاز به ثبت و پردازش سیگنالهای خروجی آنها، طراحی مبدلهای آنالوگ به دیجیتال فرکانس پایین، همچون مبدل سیگما- دلتا، جهت استفاده در این نوع مدارها ضروری است. ازآنجاییکه بسیاری از این مدارها بصورت قابل حمل طراحی شده و ولتاژ تغذیه و توان مصرفی پایین از ویژگیهای ضروری آنها است، در این تحقیق به منظور دستیابی به ویژگیهای فوق یک ساختار جدید فشر-گستر مد جریان برای بخش مدولاتور مبدل پیشنهاد شده است. همچنین از آنجاییکه در مبدل rms به dc واقعی مدار دارای عملکرد دینامیکی غیرخطی می باشد، در این رساله با استفاده از مدارات فشر-گستر مد جریان و پیاده سازی مستقیم رابطه rms ، امکان دستیابی به مقادیر دقیق خروجی در مدارهایی با پیچیدگی کمتر، رنج دینامیکی وسیعتر و در ولتاژ و توان کمتر فراهم شده است.