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
- Tez No: 442231
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- 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
- 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
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- 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
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- 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
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- A small-format microbolometer imaging sensor with digital video outputs
Sayısal video çıkışlı ve küçük boyutlu mikrobolometre görüntüleme sensörü
CEM YALÇIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Kapasitif eşik lojiği temelli analog sayısal çevirici
A Capacitive thres hold logic based analog to digital converter
BİLGE BAYRAKÇI
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DURAN LEBLEBİCİ