ایران ترجمه – مرجع مقالات ترجمه شده دانشگاهی ایران

تکنیک جدید توصیف مبدلهای دیجیتال به آنالوگ در سیستمهای پرسرعت

تکنیک جدید توصیف مبدلهای دیجیتال به آنالوگ در سیستمهای پرسرعت

تکنیک جدید توصیف مبدلهای دیجیتال به آنالوگ در سیستمهای پرسرعت – ایران ترجمه – Irantarjomeh

 

مقالات ترجمه شده آماده گروه برق – الکترونیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه ۲۰ الی ۱۰۰% رایگان مقالات ترجمه شده

۱- قابلیت مطالعه رایگان ۲۰ الی ۱۰۰ درصدی مقالات ۲- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر ۳ فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر

مقالات ترجمه شده آماده گروه برق - الکترونیک - ایران ترجمه - Irantarjomeh

شماره
۴۵
کد مقاله
ELC45
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
تکنیک جدید توصیف مبدلهای دیجیتال به آنالوگ در سیستمهای پرسرعت
نام انگلیسی
A New Technique for Characterization of Digital-to-Analog Converters in High-Speed Systems
تعداد صفحه به فارسی
۲۳
تعداد صفحه به انگلیسی
۶
کلمات کلیدی به فارسی
مبدلهای دیجیتال به آنالوگ
کلمات کلیدی به انگلیسی
Digital to Analog Converters
مرجع به فارسی
دانشگاه استنفورد
مرجع به انگلیسی
Stanford University
قیمت به تومان
۵۰۰۰
سال
۲۰۰۷
کشور
ایالات متحده

 

 تکنیک جدید توصیف مبدلهای دیجیتال به آنالوگ در سیستمهای پرسرعت
 دانشگاه استنفورد
۲۰۰۷
 
چکیده
در این مقاله روشی جدید برای توصیف مبدلهای دیجیتال به آنالوگ (DAC) در سیستمهای با کاربرد پنهای باند وسیع تشریح شده است. برخلاف شیوه پهنای باند باریک، این شیوه از تکنیک تخمین حداقل مربعات استفاده کرده تا مبدل DAC را از ولتاژ dc به هر فرکانس دلخواه یا هدف تبدیل نماید. این توصیف با استفاده از یک دامنه تصادفی، دارای مشخصات احتمالی و زمانی معین و مناسب برای شرایط کاری مورد نظر، انجام می‌گردد. این شیوه، یک راهکار برآورد خطی از سیستم را فراهم کرده و حالت غیر خطی بودن سیستم را به هارمونیک‌های مرتبه بالا و نویزهای متناوب جبری تجزیه می‌کند. روش مذکور همچنین می‌تواند جهت ایجاد پاسخ ضربه مبدل، با پیش‌بینی پهنای باند کاری، و فراهم کردن بیشترین دید یا بینش بر روی منابع اغتشاشات آن، مورد استفاده قرار گیرد.
۱- مقدمه
معماریهایی که دارای سیستمهای ارتباطی با پهنای باند وسیع و پرسرعت می‌باشند بتدریج بسمت استفاده از پیشرفتهای موجود در روند ساخت و مهندسی سیستم متمایل گردیده‌اند. از یک طرف سیستمهای داده سریال جایگزین باسهای اطلاعاتی موازی در بسیاری از دستگاههای دارای سیم شده‌اند. از طرف دیگر، مقیاس‌بندی بزرگ ترانزیستورها در فرآیندهای CMOS امکان بکارگیری بلوکهای پردازش سیگنال دیجیتالی (DSP) پیچیده، با عملکرد سریع به همراه توان مصرفی متعادل، را فراهم ساخته‌اند. در نتیجه بسیاری از خصیصه‌هایی که قبلا در بلوکهای آنالوگ قابل اعمال بودند، بتدریج با مدلهای دیجیتالی جایگزین شده‌اند. گونه‌های دیجیتالی بیشتر قابل اطمینان بوده و نسبت به پردازش، ولتاژ و تغییرات دما از حساسیت کمتری برخوردار می‌باشند.
برای برقراری ارتباط جریانهای بیتی دیجیتال از بلوکهای DSP به کانال ارتباطی، به مبدلهای اطلاعاتی پر سرعتی که از روزولوشن بالایی نیز بهره‌مند می‌باشند نیاز خواهیم داشت. شکل ۱ معرف یک سیستم ارتباطی پر سرعت و جامع می‌باشد که متشکل از یک ماژول ارسال DSP و یک مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) در قسمت فرستنده و همچنین یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (DAC) و یک ماژول گیرنده DSP در قسمت گیرنده است. این معماری در دستگاههای سیمی مختلف نظیر اترنت گیگابیت، DSL و سیستمهای مخابراتی مجتمع (Back Plane) به طور رایج مورد استفاده قرار گرفته شده است.
این معماری قابلیت انعطاف‌پذیری نظیر وجود تحرک در تکنولوژی‌های چندگانه و عملکرد در سرعتهای مختلف که برای اجرا در سیستمهای چندحالته بسیار مفید هستند را فراهم می‌کند. ماژولهای DSP به راحتی قابلیت بازسازی در فرآیندهای مختلف را داشته و عمل جابجایی تنها به انتقال مبدلهای اطلاعاتی کاهش می‌یابد. ضمنا، سرعت عملکرد این سیستمها، توسط یک تک فرکانس پالس ساعتی قابل درجه‌بندی است. توجه داشته باشید که بلوکهای پردازشگر سیگنال آنالوگ (برای مثال فیلترهای آنالوگ) جهت فراهم نمودن این ویژگیها به روشهای کالیبراسیون پیشرفته‌ای نیاز دارند.
مبدلهای اطلاعاتی را می‌باید به گونه‌ای طراحی نمود تا از ویژگیهایی چون سرعت،‌ رزولوشن و خطی بودن برخوردار باشند. برای کاربردهای پرسرعت، سیگنال اطلاعات ورودی بصورت تصادفی بوده و پهنای باند سیگنال از صفر تا فرکانس نایکوئیست گسترش می‌یابد. لزوم این پهنای باند وسیع،‌ چالش جدیدی را در طراحی مبدلهای اطلاعاتی مطرح می‌کند و نیازمند روش‌های مناسبی است تا عملکرد آنها را توصیف نماید.
تستهای تک طنینی  و دو طنینی بطور معمول جهت اندازه‌گیری خطی بودن مبدلهای اطلاعاتی مورد استفاده قرار می‌گیرند [۱]-[۴]. در صورتی که مبدل داده بگونه‌ای طراحی شده باشد که قابلیت کار با سیگنالهای با پهنای باریک را داشته باشد، فرکانس‌های طنین یا موج  مربوطه، برای دقت بیشتر، در محدوده باند فرکانسی سیگنال انتخاب می‌شوند. زمانی که پهنای باند سیگنال ورودی افزایش می‌یابد، این شیوه توصیفی نتایج متناقضی را بسته به انتخاب فرکانس ورودی به وجود خواهد آمد، چرا که اکثر منابع غیرخطی وابسته به فرکانس می‌باشند (برای مثال: خازنهای وابسته به ولتاژ).

۲- توصیف دینامیکی
تست‌های دینامیکی جهت اندازه‌گیری سرعت و خطی بودن یک مبدل DAC طراحی می‌شوند. مقدار سرعت از طریق اندازه‌گیری زمان نشست سیستم برای ماکزیمم نوسان خروجی تعیین می‌گردد (شکل a۲). خطی بودن مبدل نیز معمولا با آنالیز طیف خروجی و مانیتورینگ سطوح فرعی خروجی در حالی که یک تک موج و یا دو موج به ورودی اعمال شده باشد ارزیابی می‌گردد (شکل b۲).
شکل ۲٫ توصیف دینامیکی: تستهای (a) زمان نشست و (b) خطی بودن مبدل
موجهای ورودی با استفاده از یک ترکیب کننده فرکانسی دیجیتالی مستقیم (DDFS) تولید می‌شوند. ترکیبهای نامحدودی برای فرکانسهای ورودی و فرکانسهای ساعت در چنین سیستمهایی وجود دارد. یک روش جاروب فرکانس ساعت و به هنگامی می‌باشد که فرکانس ورودی بصورت افست تدریجی از ۳/۱ به ۴/۱ فرکانس ساعت تنظیم می‌شود. آفست فرکانسی کوچک نویز تدریجی را کاهش داده و اجازه می‌دهد تا مولدهای اغتشاش به راحتی نمایان گردند [۱].
آنالیز طیف خروجی یا به صورت اندازه‌گیری اغتشاش هارمونیک اصلی برای تک موج و یا اندازه‌گیری مدولاسیون داخلی برای دو موج می‌باشد. اولی یک آشکارساز رنج دینامیکی بدون اغتشاش (SFDR) بوده و دومی آشکار ساز مولد بین- مدولاسیون مرتبه ۳ می‌باشد (IM۳).

 

۳- تخمین حداقل مربعات
۱-۳٫ خطی سازی
اساس این شیوه روی مدلسازی پاسخ زمانی مبدل DAC به همراه یک فیلتر خطی (h) می‌باشد. با استفاده از این شیوه فرض خواهیم کرد که خروجی ایده‌آل DAC بوسیله کانولوشن ورودی و  بدست خواهد آمد. بهترین مقدار برای h بوسیله بحداقل رسانی انرژی این خطا بدست می‌آید.
جهت توصیف مبدل DAC با استفاده از این روند توسط نرم‌افزار مطلب دنباله تصادفی خطی را تولید کرده و آن را به نرم‌افزار SPICE اعمال خواهیم کرد (شکل ۴). توزیع احتمالی و زمانی دنباله‌ تصادفی به گونه‌ای تنظیم می‌گردد تا یک حالت عملکرد نوعی را مدلسازی نماید. ثبت نمونه‌برداری فرعی، r ، در شکل ۴، جزئیات زمانی عملیاتی را که در آن عمل تخمین انجام می‌گیرد را نشان می‌دهد.
شکل ۴٫ توصیف پهنای باند وسیع با استفاده از دنباله تصادفی
فایل ورودی ترکیبی‌ از دنباله‌هایی را تولید می‌کند که یکسری از اثرات بسیار نامناسب، شامل نوسان خروجی و حد اکثر انرژی مخرب خروج، را به وجود خواهد آورد. خروجی DAC در یک فایل متنی ذخیره شده و به نرم‌افزار مطلب تغذیه خواهد شد.
با استفاده از مدل خطی سازی شکل ۴ ، سیستم را به صورت ذیل تعریف می‌کنیم:

 

اکنون بافر با پهنای باند وسیع را که قبلا در شکل ۳ توصیف شد را مرور کرده و روش پهنای باند وسیع را برای آن به کار خواهیم برد. خاطر نشان می‌سازیم که نتایج جدید نسبتا نزدیک به هم بوده ولی از نتایج حاصل شده از تستهای IM۳ دو موجه نامناسبتر است (شکل ۵). این نتیجه را می‌توان بدین حقیقت منسوب نمود که تکنیک‌ پهنای باند وسیع، بجای یک برش باریک، غیرخطی‌های موجود در امتداد رنج فرکانسی یکپارچه را بیشتر بحساب می‌آورد. لازم به ذکر است که نتایجی که از تکنیک پهنای باند وسیع حاصل شود به دلیل انباشته شدن خطای عددی، میل به اشباع شدن دارد. با این وجود، این اشباع در محدوده‌هایی فراتر از رزولوشن یا دقت مورد نیاز برای سیستم رخ خواهد داد.
شکل ۵٫ توصیف پهنای باند وسیع برای مدار مدلسازی شده در شکل ۳
۲-۳٫ هارمونیکهای مرتبه بالاتر
شیوه‌ای که در این مقاله توصیف می‌شود فراهم آورنده انعطاف‌پذیری تجزیه و جدا سازی خطای کلی در هارمونیکهای مرتبه بالاتر، منابع نویز متناوب (نظیر نویز حاصل از تغذیه سرتاسری ساعت و سوئیچینگ) و هر گونه منابع خطای دیگر می‌باشد.
با استفاده از سریهای Volterra، می‌توان خروجی را به صورت شکل (a)۶ نشان داد.
برای مشتق گرفتن انرژی هارمونیک‌ها تا مرتبه mth ، خروجی سیستم را با استفاده از یک فرم ماتریسی تشریح می‌کنیم.
۳-۳٫ مدت زمان شبیه سازی
دنباله‌ها یا دامنه‌های تصادفی ورودی کوتاه، مقادیر خوش‌بینانه‌ای از نسبت SDR را حاصل می‌کنند، به این دلیل که چنین دنباله‌ای به طور دقیق ویژگیهای استاتیکی داده ورودی را منعکس نمی‌کند. به عبارت دیگر، یک تخمین حداقل مربعات درون دنباله ورودی با طول محدود بایاس می‌شود. برای اندازه‌گیری این وابستگی می‌توان مقدار h را با استفاده از یک دنباله تصادفی تخمین زده و سپس از یک دنباله جدید استفاده کرده و مستقیما نسبت SDR را با استفاده از مقدار h تخمین زده شده قبلی محاسبه کرد. اختلاف بین این دو مقدار SDR مشخص می‌کند که دنباله‌های ورودی اصلی بسیار کوتاه بوده و عمل تخمین بایستی بر اساس یک دنباله بزرگتر صورت گیرد. بر این اساس، می‌توان نشان داد که اختلاف بین این دو مقدار SDR با این طول مشاهده به طور خطی کاهش می‌یابد. در عمل تعداد نقاط مشاهده بایستی افزایش یابند تا وابستگی آن روی مقدار SDR بیش از این مهم نباشد.
۴- مزیتها – تخمین حداقل مربعات یک شیوه بسیار قوی جهت آنالیز ویژگیهای یک سیستم دارای پهنای باند وسیع است.
۱-۴٫ پاسخ ضربه‌ای و ISI
بردار h۱ که در تخمین حداقل مربعات محاسبه گردیده، پاسخ ضربه مبدل داده را نمایش می‌دهد. این پاسخ بهره حداقل را نشان داده و ISI آن را تعریف خواهد کرد.
پیدا کردن پاسخ خطی به جای تکیه بر اندازه‌گیری زمان نشست برای اکثر سیستمهای ارتباطی مفید خواهد بود. در چنین سیستمهایی،‌ حتی اگر ملزومات زمان نشست فراهم نشود، عامل اغتشاش می‌تواند توسط ماژول DSP حذف گردد. دادن اجازه حذف ISI به ماژول DSP می‌تواند به طور موثری خصوصیات مبدل داده را بهبود بخشد.
۲-۴٫ پهنای باند مدار
پاسخ فرکانسی h۱ ، معرف پهنای باند مدار می‌باشد. برای یک مبدل DSP، در نتیجه طبیعت مرتبه صفر مدار، تابع انتقال به شکل یک تابع سینوسی در خواهد آمد. به عبارتی جهت حذف این اثر، یک پهنای باند dB-۳ در نظر گرفته می‌شود تا در فرکانسی قرار گیرد که در آن تابع انتقال از تابع سینوسی ایده‌آل به اندازه dB-۳ مجزا می‌شود (شکل ۸).
۳-۴٫ نویز قطعی
تغذیه پالس ساعت، نویز منبع تغذیه و نویز حاصل از سوئیچینگ سه منبع اصلی نویز جبری یا قطعی در مبدلهای داه هستند. تغذیه پالس ساعت به طور طبیعی متناوب بوده و نویز منبع تغذیه طبیعت چرخه‌ای ـ پایدار بسیار قوی را در سیکل تناوب پالس ساعت خواهد داشت [۹].
شکل ۹ مثالی را نشان می‌دهد که در آن نویز حاصل از سوئیچینگ از طرف منبع مشترک جفت دیفرانسیلی در یک مبدل DAC جریانی، عامل غیر خطی را در خروجی به وجود می‌آورد. این سوئیچینگ مستقیما خروجی را تخریب کرده و همچنین نویز وابسته به داده ورودی را از طریق ظرفیتهای خازنی پارازیتی گیت ـ درین موجود در قطعات به کار رفته در منبع جریان، بدرون خط بایاس منابع جریان سری وارد می‌کند. نویز سوئیچینگ وابسته به انتقال اطلاعات بوده و لزوما تناوبی نمی‌باشد. هر چند این نویز مقدار میانگین غیر صفر داشته که در نقاط انتقالی (عبوری) قوی‌ می‌باشد.
دامنه چنین منابع نویزی را می‌توان با استفاده از بردار b که از توصیف چند فازه بدست می‌آید محاسبه کرد. این رقم به بهبود جریان و کاهش نویز کمک می‌کند.
 
۴-۴٫ تفکیک امواج غیر خطی
تفکیک امواج غیر خطی درون هارمونیکهای مرتبه بالا، منابع مستقل سیگنال و افست، منابع غیر خطی را مشخص کرده و بهبود مدار را راحت‌تر می‌سازد. بردارهای خطی نظیر h۲ و h۳ بیانگر هارمونیک‌های مرتبه بالا می‌توانند با سنجشهایی نظیر IP۲ و IP۳ که از روشهای مدولاسیون داخلی باند باریک بدست آمده‌اند ارتباط داده شوند. چنین جمله‌های غیر خطی می‌توانند توسط پردازشگرهای DSP نیز جبران‌ شوند.
۵-۴٫ ترکیب با فیلترهای خطی
این شیوه ابزاری، جهت شبیه‌سازی مسیر سیگنال کامل‌ مدار در کنار هر گونه عملکرد خطی دیگر، را فراهم می‌سازد. هر فیلتر خطی می‌تواند به استفاده از یک بردار (w) مدلسازی شود. حال می‌توان با استفاده از کانولوشن h و w عمل تخمین را انجام داد. در حقیقت مسیر ارتباطی کامل از فرستنده ورودی تا کانل خروجی می‌تواند با استفاده از این روش توصیف گردد (شکل ۱۰). توصیف دقیق یک مبدل داده ترانزیستوری با استفاده از روش مذکور می‌تواند در اینجا تمام رویه‌های سنجشی یا متریک‌های مورد نیاز یک شبیه سازی پیشرفته و کامل را فراهم سازد.
۵- نتایج شبیه سازی
این روش در یک مبدل DAC ۸ بیتی وزن‌دار-باینری اعمال گردید. همانطور که در شکل ۱۱ نشان داده شده است، عملکرد مبدل DAC بر اساس مجموع جریان می‌باشد. مدار مذکور در یک پردازشگر CMOS در اندازه nm-۹۰ طراحی شده و در سرعت Gb/s ۶ عمل می‌کند.
در این شبیه سازی، مدار به یک موج خطی کلی با پهنای باند dB ۳۹ دست یافت. شکل ۱۲ بردارهای h۱ ، h۲ و h۳ را نشان می‌دهد. تذکر اینکه بردار h۲ به دلیل دیفرانسیلی بودن مدار نسبتا کوچک می‌باشد. شکل ۱۳ نویز متناوبی را که بیشتر حاصل از سوئیچینگ داده ورودی است را نشان می‌دهد.
۶- نتیجه‌گیری
شیوه‌های توصیف استاندارد که غالبا جهت استفاده با سیگنالهای با پهنای باند باریک تعریف می‌شوند قادر به فراهم آوردن تمام رویه‌های سنجشی یا سیستمهای متریکهای مورد نیاز برای یک سیستم با پهنای باند وسیع نمی‌باشد. بر این اساس، در این مقاله روشی جدید بر پایه تخمین حداقل مربعات ارائه شده است این روش با استفاده از یک دنباله‌ تصادفی با پهنای باندی وسیع قابلیت توصیف سیستم با سرعت بالا را خواهد داشت. این روش در زمینه آنالیز هارمونیک‌های مرتبه بالا، اغتشاشات مقطعی و موارد غیرمنطبق بعنوان یک روش قدرتمند مد نظر می‌باشد. همچنین این شیوه یک مدل مداری بسیار دقیق را برای استفاده در شبیه سازهای پیشرفته و سطح – بالا ارائه می‌نماید.
تماس با ما

اکنون آفلاین هستیم، اما امکان ارسال ایمیل وجود دارد.

به سیستم پشتیبانی سایت ایران ترجمه خوش آمدید.