Geri Dön

A low-power analog-to-digital converter integrated circuit for data acquisition applications

Sinyal alma uygulamaları için düşük güç tüketimli analog-sayısal çevirici tümleşik devresi

  1. Tez No: 442231
  2. Yazar: SERHAT KOÇAK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 126

Özet

Sinyal alma sistemleri, algılama uygulamaları, kablosuz haberleşme ve sağlık gibi farklı uygulama alanlarında kullanılmaktadır. Bu uygulamaların herbiri, yüksek kazanç elde edebilmek için değişik ve özgün sistemlere ihtiyaç duymaktadır. Bu farklı ve özgün sistemler, analog-sayısal çeviriciler, sayısal analog çeviriciler ve dışsal elektronikler gibi bileşenler kullanmaktadır. Bu bileşenlerin herbiri sistem gereksinimlerini karşılamak için optimal bir çözüm sunar. Analog-sayısal çeviriciler fiziksel parametrelerle sayısal dünya arasında iletişim sağlayan sinyal alma sistemlerinin temel bileşenidir. Düşük güç tüketimli, yüksek performanslı analog-sayısal çeviriciler daha çok tercih edilmektedirler;çünkü sinyal alma uygulamalarında çok sayıda önemli güç tüketen bileşen bulunmaktadır. Bu tez düşük güç tüketimli sinyal alma uygulamaları için düşük güç tüketimli analog-sayısal çevirici tasarımını ve uygulamasını içermektedir. Analog-sayısal çevirici için 0.35 μm CMOS teknolojisi kullanılmıştır. Bu tezde değişik yapıda analog sayısal çevirici yapıları incelenmiştir ve düşük gürültülü ardışık yaklaşıklama kaydedicili analog sayısal çevirici ortalama çözünürlükte ve hızda az güç tükettiği için seçilmiştir. Bu çalışmada her bir bileşen optimal bir yapı tasarlayabilmek için analiz edilmiştir. Tam diferansiyel yapı olan ve negatif güç geriliminden pozitif gerilimine sinyalleri içeren bir karşılaştırıcı ve sayısal analog çevirici için düşük güç tüketimli çözümler sunulmuştur. İkili arama algoritmasını uygulamak için ardışık yaklaşıklama kaydedicili yapıyı içeren esnek ve programlanabilir bir mikro-denetleyici kullanılmaktadır. Çipin boyutunu azaltmak için seri veri sağlayan bir yapı kullanılmıştır. Analog bloklara akım sağlayabilmek için programlanabilir bir akım üreteci bloğu kullanılmıştır. Tasarlanan çip 2mmx2mm alanında silikon alan yer kaplamakta ve 1 mW'ın altında güç tüketmekte olup düşük güç tüketimli sinyal alma uygulamaları için kullanılabilir. Ardışık yaklaşılama kaydedicili analog sayısal çeviricinin performansı simülasyon sonuçları baz alınarak değerlendirilmiştir. Bu simülasyon sonuçlarına göre tasarlanan analog-sayısal çevirici düşük güç tüketimli sinyal alma uygulamaları için kullanılabilir. Analog sayısal çevirici karakterizasyon testleri için, çevre kartı, FPGA kartı ve bilgisayar sistemini içeren bir sistem tasarlanmıştır.

Özet (Çeviri)

Data acquisition systems have been used in different kinds of applications such as sensing applications, wireless communication, and healthcare. Each of these applications requires a different and unique system in order to achieve high quality acquisition. These different and unique systems employ various components such as analog-to-digital converters, digital-to-analog converters, and external electronics. Each of these components offers an optimal solution in order to satisfy the system requirements. Analog-to-digital converters known as ADCs are the main devices in the data acquisition systems which interface between the physical parameters and digital systems. Low power and high performance ADCs are preferable, since the systems are comprised of many components which lead to significant amount of power consumption. This thesis presents the design, and implementation of an analog-to-digital integrated circuit for low power data acquisition applications. 0.35 μm CMOS technology is used in order to implement the proposed ADC. In this thesis, different ADC topologies are investigated, and successive approximation register known as SAR ADC is chosen since, that structure which is low noise, dissipates low power at medium resolution, and medium speed. In this work, each part of the ADC is analyzed in order to design an optimal ADC structure. Low power solutions for the differential rail to rail comparator and digital-to-analog converter are proposed for high performance ADC. A flexible and programmable digital controller which consists of the successive approximation register is implemented in order to perform the binary search algorithm. An output serializer is employed in order to reduce the number of pads. A programmable bias generator is designed to provide bias currents to the analog blocks. The designed chip occupies 2mmx2mm silicon area, and the power dissipation of the core of the designed chip is less than 1 mW which is suitable for low power data acquisition applications. The performance of the SAR ADC is evaluated based on the simulation results which conclude that, the designed SAR ADC is a promising solution for the low power data acquisition applications. A compact test setup including a compact PCB card, a FPGA card and a PC is designed for performing the ADC characterization tests.

Benzer Tezler

  1. A low-power succesive approximation register analog-to-digital converter integrated circuit for imaging sensors

    Görüntüleme sensörleri için düşük güçlü ardışık yaklaşıklama kaydedicili analog-sayısal çevirici tümleşik devresi

    SERHAT KOÇAK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAYFUN AKIN

  2. Low-power low-noise highly programmable digital accelerometer readout for high performance MEMS accelerometers

    Yüksek performanslı MEMS ivmeölçerler için düşük güç tüketimli düşük gürültülü kapsamlı programlanabilir okuma sistemi tasarımı

    BERK ENGİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAYFUN AKIN

  3. Column parallel incremental zoom adc for uncooled imaging applications

    Soğutmasız görüntüleme sistemleri için kolon paralel artımlı zoom analog-sayısal çevirici

    AYCAN BEYENİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAYFUN AKIN

  4. A small-format microbolometer imaging sensor with digital video outputs

    Sayısal video çıkışlı ve küçük boyutlu mikrobolometre görüntüleme sensörü

    CEM YALÇIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAYFUN AKIN

  5. Kapasitif eşik lojiği temelli analog sayısal çevirici

    A Capacitive thres hold logic based analog to digital converter

    BİLGE BAYRAKÇI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DURAN LEBLEBİCİ