17856

17856

طراحي و شبيه‌سازي مدار تبديل فوريه آنالوگ 8 نقطه‌اي با توان مصرفي پايين و سرعت بالا براي مقابله با اختلال در گيرنده‌ GPS

كارشناسي ارشد

الكترونيك

خرداد 1396

دكتر سيد محمدرضا موسوي ميركلايي

برق

در اين پايان‌نامه، جمع‌آوري اطلاعات و ارائه ساختاري جديد و كارآمد در زمينه طراحي و پياده‌سازي مدار DFT هشت نقطه‌اي به‌صورت آنالوگ حالت-جريان با ورودي تفاضلي مي‌باشد. كاربرد اين مدار مقابله با اختلال (جمينگ) در گيرنده‌ GPS است. در گيرنده GPS بلوكي با ماهيت مقابله با جمينگ قبل از AGC قرار داده مي‌شود كه بتواند محدوده فركانسي جمينگ را تشخيص داده، سپس تا حد امكان آن‌را تضعيف نمايد. روش‌هاي مختلفي براي مقابله با جمينگ وجود دارد. از ميان آن‌ها به‌عنوان يك روش كارآمد مي‌توان توسط تبديل فوريه سيگنال دريافتي را به حوزه فركانس برد و پس از محاسبه حد آستانه، همه انرژي طيفي بيش از آستانه را حذف كرده تا سيگنال مورد نظر حاصل شود. سپس توسط معكوس تبديل فوريه طيف اصلاح شده مجددا به حوزه زمان برگردانده مي‌شود. در اين‌جا هسته اصلي بلوك كاهش اختلال پردازنده تبديل فوريه گسسته است. از آن‌جا كه GPS بيش‌تر در تجهيزات قابل حمل كاربرد دارد، بنابراين بايد به موضوع توان مصرفي توجه ويژه‌اي شود. تمركز اصلي اين پايان‌نامه در جهت ارائه مدار تبديل فوريه آنالوگ 8 نقطه‌اي با توان مصرفي كم و سرعت زياد براي بلوك مقابله با اختلال مي‌باشد. در اين پايان‌نامه دو ساختار پيشنهادي جهت پياده‌سازي مدار 8-DFT آنالوگ مطرح شده‌ است. در يكي از اين روش‌ها توان و سطح مصرفي كمينه شده و ديگري داراي سرعت پاسخ‌دهي زيادتري مي‌باشد. لازم به ذكر است كه هر دو ساختار پيشنهادي در تمامي پارامترها شامل توان و سطح مصرفي، سرعت و ميزان خطا و دقت خروجي نسبت به روش رايج مدل پروانه‌اي داراي برتري مي‌باشند. به‌علاوه توسط استفاده از آينه جريان كسكود ولتاژ كم NMOS و بار كسكود ولتاژ كم PMOS طرح پيشنهادي مي‌تواند محدوده وسيعي از جريان ورودي با دقت زيادي را پشتيباني نمايد. هم‌چنين، مراحل طراحي از طريق ساده‌سازي روابط DFT مورد بررسي قرار گرفته‌اند. شبيه‌سازي‌ها با استفاده از نرم‌افزار ADS با تكنولوژي 0.13μm TSMC و نرم‌افزار MATLAB انجام شده‌ است. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهند كه 8-DFT پيشنهادي در حالت تفاضلي مختلط توانسته با حدود 5 برابر كاهش زمان به سرعت پاسخ‌دهي 3.98ns و توان مصرفي 37.57mW و ميانگين خطا حدود 1% در محدوده تغييرات جريان ورودي بين 0 تا 100µA دست‌يابد. به‌علاوه جريان مصرفي 8-DFT در حالت تفاضلي مختلط برابر با 37.67mA از منبع تغذيه 1.2V مي‌باشد. واژه‌هاي كليدي: سيستم‌ موقعيت‌ياب جهاني، تبديل فوريه‌ي سريع آنالوگ، FFT هشت نقطه‌اي، مدل پروانه‌اي، حالت-جريان، حالت- ولتاژ، مقابله با اختلال، جمينگ، عدم تطابق، آينه جريان، كسكود ولتاژ كم.

1396/07/11

1/1/1900 12:00:00 AM

In this thesis, a new and efficient structure is presented with regard to design and implementation of 8-point DFT circuit in the form of current-mode analog with differential input. This circuit is used to overcome interferences (jamming) in GPS receiver. An anti-jamming block is placed in GPS receiver prior to AGC to detect jamming frequency range and then attenuates it as much as possible. There are different methods to overcome jamming. As an efficient method, the received signal can be transformed into a frequency-domain by Fourier transform and after calculating the threshold limit, all spectral energy exceeding that threshold can be removed to obtain the desired signal. Then using reverse Fourier transform, the modified spectrum is returned to the time domain. Here, the main core of mitigation block is the discrete Fourier transform processor. As GPS is more used in portable equipment, therefore, special attention should be paid to power consumption. The main focus of this thesis is on presenting an 8-point analog Fourier transform circuit with low power consumption and high speed to mitigate the interferences. Two structures for implementing 8-DFT circuit are proposed in this thesis. In one of the methods, area and power consumption have been minimized and the other method has a higher response rate. It should be noted that the both proposed structures are superior to the common butterfly model with regard to all parameters including the area and power consumption, speed and error rate, and accuracy. In addition, using low voltage NMOS cascode current mirror and low voltage PMOS cascade load, the proposed design can support a wide range of the input current very accurately. In addition, design stages were investigated through simplifying DFT relations. Simulations were performed using ADS in 0.13μm TSMC technology and MATLAB software. The simulation results show that, the proposed 8-point DFT in complex differential mode is able to reach a response rate of 3.98ns, with a time reduction of about 5 times, and power consumption of 37.57mW and error mean about 1% in a wide range of input current changes between 0 to 100µA. additionally, 8-DFT power consumption in complex differential mode is equal to 37.67mA fed from 1.2V supply voltage. Keywords: Global Positioning System, Analog Fast Fourier Transform, 8-Point FFT, Butterfly Model, Current-Mode, Voltage-Mode, Interference Mitigation, Jamming, Current Mirror