16242

16242

طراحي مدار حالت جريان توليدكننده توابع مثلثاتي و عكس مثلثاتي با استفاده از تقريب چند‌جمله‌اي

كارشناسي ارشد

الكترونيك

تيرماه 1395

دكتر سيد جواد ازهري

برق

چكيده در اين پايان¬نامه مدار محاسبه¬گرآنالوگ براي توابع مثلثاتي و عكس مثلثاتي طراحي و شبيه¬سازي شده است. طراحي مدار به روش حالت جريان و با استفاده از تقريب بهاسكار است كه درنتيجه، تمام گره¬هاي مدار امپدانس پايين بوده و سيگنال¬هاي پردازشي مدار، از ورودي تا خروجي، جريان هستند. ويژگيهاي كلي مدارسينوسي طراحي‌شده در دو حالت شبيه‌سازي معمولي و پساجانمايي به همراه مونت‌كارلو به شرح زير مي باشد. در حالت شبيه‌سازي 1) توان مصرفيكمتر از 300 ميكرو وات2) ولتاژ تغذيه كم (8/1 ولت)3) خطايكمتر از 5/0درصد،4) پهناي باند مناسب(46مگاهرتز) و 5) اعوجاج هارمونيكي كمتر از 7/0درصد از جمله مهم‌ترين ويژگي‌هاي مدار طراحي‌شده مي باشد.پارامترهاي مهم مدار طراحي شده پس از شبيه‌سازي با مونت‌كارلو و پساجانمايي عبارتند از: 1) توان مصرفي كمتر از 336 ميكرووات 2) ولتاژ تغذيه كم (8/1 ولت) 3) خطاي كمتر از 2/1 درصد 4) پهناي باند مناسب(32 مگاهرتز). علاوه بر اين، مدار به كمك ترانزيستورهاي ماسفت در ناحيه اشباع طراحي شده وبرخلاف دشواري ساير تقريب‌هاي چندجمله‌اي كه تا كنون مورد استفاده‌ قرار گرفته‌اند، اين روش با سادگي و دقت منحصر بفرد خود نمونه‌اي بي‌نظير براي توليد توابع مثلثاتي است. ساختار جديد و قابل بازپيكربندي (مناسب براي استفاده در فن‌اوريFPAA) و سازگاري با فن‌اوري روز (سي¬ماس ) از ديگر ويژگي¬هاي اين مدار به شمار مي¬رود. ساختار پيشنهادي براي سينوس طراحي وشبيه‌سازي آن به سه صورت عمومي،پيش جانمايي بامونت كارلو وپساجانمايي بامونت كارلو انجام و نتايج آنها با يكديگر و تعدادي كارهاي پيشرفته جهاني مقايسه شده است. آنگاه اين مدار با كيفيت بسيار خوب براي پياده‌سازي تابع كسينوس نيز تعميم يافته است و نتايج بدست آمده براي حالت شبيه‌سازي معمولي اين مدار عبارتند از: 1) توان مصرفي كمتر از 150 ميكرو وات2) ولتاژ تغذيه كم (8/1 ولت)3) خطاي كمتر از 5/0درصد،4) پهناي باند مناسب(52مگاهرتز) است. همچنين در مسير طراحي اين مدار، به واحدهاي محاسبه¬گرآنالوگ حالت جرياني نياز بود كه يا از بهبود ساختار مدارهاي موجود به دست آمد يا براي نخستين بار طراحي شد. از جمله اين واحدها، بلوك ضرب‌كننده/تقسيم‌كننده با دقت بسيار بالا، پهناي باند بسيار مناسب و توان مصرفي بسيار پايين است. آينه جريان‌هاي استفاده شده در اين طراحي همگي آينه جريان‌هاي ساده هستند كه امتيازهاي طراحي را دوچندان مي‌نمايد. واژه‌هاي كليدي:محاسبه¬گر، مثلثات، حالت جريان، FPAA، ماسفت

1395/10/20

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: In this work, a new trigonometric function generator is introduced. It is designed an​d simulated based on Bhaskara’s approximation for sine. The circuit is designed using analog current-mode technique thus all nodes have low impedance an​d the processed signal is current. The analyses are given for simple simulation, prey-layout an​d post-layout simulation both with Monte Carlo analysis. The results of the important parameters of proposed circuits are given that prove such excellent features as follow. The simple simulation results for sine function generator circuit show low power (<300µW), low supply voltage (1.8V), small error (<0.4%), wide band-width (BW=46MHz) an​d low harmonic distortion (THD<0.7%). These results in post-layout plus Monte Carlo simulation prove low sensitivity(despite mismatch of %3 an​d post layout effects) as; consumed power <330µW, low supply voltage (1.8V), small error <1.2 % , wide band-width (32MHz) an​d low harmonic distortion (THD<0.92%). The design is performed with MOSFETs in saturation region an​d contrary to difficulties of other circuits based on approximation series this circuit due to its simplicity an​d unique accuracy seems to be the best candidate in realizing of sine an​d cosine functions. These superiorities are mainly due to using both current mode processing an​d Bhaskara’s approximation. Some other important benefits of the proposed design are the Novel reconfigurable structure (suitable for FPAA) an​d compatibility with modern fabrication technology (CMOS).Most favorably the same circuit is simply extended to a novel block that excellently realizes cosine function. Its simulation results with Monte Carlo are ; very low consumed power (<150µW), low supply voltage (1.8V), small error (<0.5%), wide BW of 52MHz) an​d low harmonic distortion (THD<0.7%). Furthermore, some analog computational blocks had been needed that are obtained either by improving some existing structures o​r innovated ones. Keywords: analog computation, trigonometric functions, inverse trigonometric functions, current-mode, FPAA, MOSFET