(۱-۶CCD ( یا CMOS…………………………………………………………………………………………………………..11
(۳-۱) Leakage Current- Dynamic Power- Short Circuit Current ………………………….21
…………………………………………………….۲۲Adiabatic Circuits - Charge Recovery Logic (3-2)
…………………………………………………………………………………………………………………۲۳Static NOR (3-3)
…………………………………………………………………………………………………………..۲۳Dynamic NOR (3-4 )
……………………………………………………………………………………………….۲۴Pass Transistor Logic (3-5)
……………………………………………………………………………………………..۲۵Glitch Free AND Gate (3-6)
……………………………………………………………………………………………..۲۷Variable Body Biasing (3-7) ………………………………………………………………….28Circuit Design with Sleep Transistors (3-8)
…………………………………………………………………………………………………………۲۹DTMOS Circuit (3-9) ……………………………………………………………..30Short Circuit Power in CMOS Circuits (3-10)
(۴- ۱ ) ساختار اصلی مدار……………………………………………………………………………………………………………۳۳
(۴- ۲) شماتیک مدار تقویت کننده ارائه شده…………………………………………………………………………………..۳۴
(۴-۳) شماتیک مدار در تکنولوژی ۹۰ نانومتر به همراه ابعاد ترانزیستورها…………………………………………..۳۹
(۴-۴) شماتیک مدار در تکنولوژی ۱۸۰ نانومتر به همراه ابعاد ترانزیستورها…………………………………………۴۰
(۴-۵) شکل موج ورودی - شکل موج خروجی………………………………………………………………………………۴۱
(۴-۶) منحنی سیگنال نمونه جهت محاسبه اندازه حاشیه فاز۱…………………………………………………………….۴۳
(۴-۷) منحنی سیگنال نمونه جهت محاسبه اندازه حاشیه فاز۲…………………………………………………………….۴۴
(۴-۸) جریان بایاس تطبیقی IADP و شکل موج های ورودی و خروجی…………………………………………۴۵
(۴-۹) پالس ولتاژ خروجی……………………………………………………………………………………………………………۴۶
(۴-۱۰) نمودار تغییرات جریانIADP……………………………………………………………………………………………47
(۴-۱۱) دیاگرام Bode خروجی مدار با تکنولوژی ۹۰ nm……………………………………………………………..49
(۴-۱۲) دیاگرام Bode خروجی مدار با تکنولوژی ۰.۱۸ um………………………………………………………….50 (4-13) مدار تقویت کننده بدون بلوک ABCC …………………………………………………………………………… 51
(۴-۱۴) منحنی حاشیه فاز و بهره مدار تقویت کننده بدون بلوک ABCC با تکنولوژی ۰.۱۸ um……….52
(۴-۱۵) منحنی حاشیه فاز و بهره مدار تقویت کننده بدون بلوک ABCC با تکنولوژی ۹۰ nm…………..53
(۴-۱۶) منحنی SR مدار تقویت کننده بدون بلوک ABCC با تکنولوژی ۰.۱۸ um…………………………54
(۴-۱۷) منحنی SRمدار تقویت کننده بدون بلوک ABCC با تکنولوژی ۹۰ nm…………………………….55
فهرست جداول
۴-۱ مشخصه های خروجی تقویت کننده………………………………………………………………………………………..۴۸
۴-۲ مقایسه پارامترهای حاصل از شبیه سازی مدار تقویت کننده در تکنولوژی های ۰.۱۸ um و ۹۰nm در دوحالت همراه و بدون بلوک ABCC……………………………………………………………………………………….56
چکیده :
در این پایان نامه هدف طراحی و شبیه سازی تقویت کننده مبتنی بر تکنولوژی CMOS با توان مصرفی پایین برای کاربرد در سنسورهای تصویری می باشد.بدین منظور تقویت کننده ای که از مدار ABCC (مدار هوشمند جریان بایاس) بهره میگیرد معرفی شده است.این مدار ولتاژهای ورودی را کنترل میکند سپس جریان بایاس تقویت کننده را به منظور دستیابی به پایداری و توان مصرفی مطلوب و سرعت بالا فراهم می سازد.این مدار با بهره گرفتن از نرم افزار Hspice در تکنولوژی های ۰.۱۸ um و ۹۰ nm مبتنی برCMOS در دو حالت ، همراه و بدون مدارABCC مورد تحلیل و شبیه سازی قرار گرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد طراحی با تکنولوژی ۹۰ نانو از لحاظ بهره، حاشیه فاز، سرعت پاسخ دهی وتوان مصرفی در مقایسه با تکنولوژی ۰.۱۸ um ازکارایی بهتری برخوردار است.هم چنین مشاهده کردیم با حذف مدار ABCC علی رغم افزایش بهره ، پایداری مدار دچار خدشه خواهد شد و سیستم بصورت کاملا ناپایدار عمل می کند.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

هدف
امروزه هدف اصلی در صنعت VLSI کاهش توان تلفاتی و مصرف انرژی تراشه است.تکنیک های مختلف براساس مدهای ذخیره توان مصرفی،طراحی ساختاروبازسازی مدارها توسعه داده شده اند.سیستمهای کدگذاری متفاوت برای کاهش کار سوییچینگ مدار توسعه داده شده است.هم اکنون صنعت بسوی نانوتکنولوژی درحال حرکت است ، به همین دلیل در این تحقیق سعی شده است تا با بهره گرفتن از ترانزیستورهایی در مقیاس نانو و کاهش ولتاژ منبع تغذیه با توجه به تکنولوژی در نظر گرفته شده در هر مرحله ، توان مصرفی را در مدار تا حد امکان کاهش دهیم .
از جمله چالشهای اساسی و مهم “ توان مصرفی“ می باشد.هر قدر توان مصرفی تراشه بیشتر باشد زمان بهره برداری از آن کاهش می باید.به عنوان مثال در سنسورهای تصویری مصرف توان پائین به معنی این است که قادر به گرفتن تصاویر در بازه زمانی طولانی تر است.در این مقاله در جهت کاهش توان مصرفی مدارهای مجتمع، مداری با توان مصرفی پایین ارائه و با بهره گرفتن از توسط نرم افزار Hspice در تکنولوژی های۹۰ و ۱۸۰ نانو شبیه سازی شده و مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.که این شبیه سازیها، حاکی از کاهش قابل توجه توان مصرفی نسبت به روش های دیگر است.
ساختار این پایان نامه بدین ترتیب سازماندهی شده است. در فصل اول سنسورهای تصویر و توان مصرفی آنها موردمطالعه قرار گرفته است.در فصل دوم درباره اهمیت کاهش توان مصرفی در مدارات بحث می شود.در فصل سوم پیشینه تکنولوژی های طراحی شده برای کاهش توان مصرفی در مدارات مجتمع ارائه شده است.در فصل چهام مدار تقویت کننده ارائه شده و با بهره گرفتن از شبیه سازی در برنامه Hspice مورد تحلیل قرار می گیرد.در فصل آخر نتایج حاصل از شبیه سازی مدار در تکنولوژی های مورد بررسی با هم مقایسه می شوند.
فصل اول – آشنایی با سنسورهای تصویر و توان مصرفی آنها
مقدمه
دوربین دیجیتال یک دستگاه الکترونیکی است که برای گرفتن عکس و ذخیره آن به جای فیلم عکاسی از حسگرهای حساس به نور معمولاً از نوع CCD یا CMOS استفاده می‌کند و تصویر گرفته شده توسط سنسور طی چند مرحله به حافظه دوربین برای استفاده فرستاده می‌شود. در دوربین دیجیتال، تصویربرداری بر روی فیلم صورت نمی‌گیرد بلکه توسط یک حسگر حساس (CCD یا CMOS) انجام می‌پذیرد. از لحاظ عملکرد ، دوربین‌های دیجیتال بسیار شبیه به دوربین‌های عکاسی دارای فیلم یا غیر دیجیتال می‌باشند. این دوربینها همانند دوربین‌های معمولی دارای یک منظره یاب، لنز برای کانونی کردن تصویر بر روی یک وسیله حساس به نور، وسیله‌ای برای نگهداری و انتقال چند تصویر گرفته شده در دوربین و یک محفظه شامل تمام این تجهیزات می‌باشد. در یک دوربین معمولی فیلم حساس به نور تصویر را ذخیره می‌سازد و بعد از عملیات شیمیایی برای نگهداری تصویر از آن استفاده می‌شود. در حالی که در دوربین دیجیتال این کار با بهره گرفتن از ترکیبی از فناوری پیشرفته سنسور تصویر و ذخیره آن در حافظه انجام می‌گیرد و اجازه می‌دهد که تصاویر در شکل دیجیتال ذخیره شوند و به سرعت بدون نیاز به عملیات خاصی (نظیر عملیات شیمیایی بر روی فیلم) در دسترس باشند.
به عنوان نمونه میتوان کپسول آندوسکوپی که از یک دوربین بی سیم کوچک و قابل بلع برای تصویربرداری بدون درد از روده باریک طراحی شده است،نام برد. کپسول تنها ۱۱ میلیمتر در ۲۶ میلیمتر اندازه دارد و شامل دوربین، منبع نور، رادیوترانسمیتر و باتری است. بیمار به راحتی می تواند آن را ببلعد و دوربین کپسول می تواند حدود ۲ تصویر در هر ثانیه و در حین عبور از مجرای گوارشی بگیرد.
یکی از مهم ترین چالشها در این تکنولوژی “ کاهش توان مصرفی مدار“ می باشد. چراکه این امر سبب افزایش زمان بهره برداری خواهد شد.راه های گوناگونی از جمله طراحی تقویت کننده های عملیاتی با توان مصرفی کم صورت گرفته است.در این تحقیق مدار تقویت کننده ای ارائه شده که با بهره گرفتن از آن می توان به مقدار قابل توجهی میزان توان مصرفی را کاهش داد.
در ادامه با سنسورهای تصویری و هم چنین عملکرد آنها آشنا شده و خصوصیات آنها را با هم مقایسه خواهیم کرد.
۱-۱) سنسور تصویربرداری و کاربرد آنها در زمینه نانو دوربین های پزشکی
یک سنسور تصویربرداری وسیله ایست که به نور حساس است و سیگنال های نوری را به سیگنال های دیجیتال ( اطلاعات RGB ) تبدیل میکند. دو نوع متداول از این سنسورها CCD و CMOS هستند و معمولا در دوربین های دیجیتال و سایر دستگاه های تصویر برداری استفاده میشوند. کاربردهای سنسور تصویر برداری محدود به دوربین های دیجیتال نمیشود و سنسورهای تصویربرداری در زمینه های دیگری نظیر موارد ذیل استفاده میشوند :
فضانوردی و صنایع مربوط به آن مثل تلسکوپ فضایی هابل
ماشین های بینایی
طیف سنجی نورهای ماوراء بنفش
هر دو نوع سنسور CCD و CMOS با بهره گرفتن از مدار تشخیص نور کار میکنند که به نور واکنش نشان میدهند واین سیگنال های آنالوگ را بعنوان اطلاعات دیجیتال عکس ذخیره میکنند که البته هر کدام به روش متفاوتی برای دستیابی به این هدف عمل میکنند.
۱-۲ ) آشنائی با Charge-Coupled Devices) CCD)
هر CCD از میلیونها سلول بنام فتوسایت یا فتودیود تشکیل شده است. این نقاط در واقع سنسورهای حساس به نوری هستند که اطلاعات نوری را به یک شارژ الکتریکی تبدیل می‌نمایند. وقتی اجزای نور که فتون نامیده می شود وارد بدنه سیلیکون فتوسایت می شود، انرژی کافی برای آزادسازی الکترونهایی که با بار منفی شارژ شده اند ایجاد می‌ گردد. هر چه نور بیشتری وارد فتوسایت شود، الکترونهای بیشتری آزاد می شود. هر فتوسایت دارای یک اتصال الکتریکی می باشد که وقتی ولتاژی به آن اعمال می شود، سیلیکون زیر آن پذیرای الکترونهای آزاد شده می شود و همانند یک خازن برای آن عمل می کند. بنابر این هر فتوسایت دارای یک شارژ ویژه خود می باشد که هر چه بیشتر باشد، پیکسل روشنتری را ایجاد می کند.
مرحله بعدی در این فرایند بازخوانی و ثبت اطلاعات موجود در این نقاط است. وقتی که شارژ به این نقاط وارد و خارج می شود، اطلاعات درون آنها حذف می شود و از آنجایی که شارژ هر ردیف با ردیف دیگر کوپل می شود، مثل اینست که اطلاعات هر ردیف پشت ردیف قبلی چیده شود. سپس سیگنال ها در حد امکان بدون نویز وارد تقویت کننده شده و سپس وارد ADC می شوند.
فتوسایت های روی یک CCD فقط به نور حساسیت نشان می دهند، نه به رنگ. رنگ با بهره گرفتن از فیلترهای قرمز ، سبز و آبی که روی هر پیکسل گذارده شده است شناسایی می شود. برای اینکه CCD با چشم انسان سازگاری داشته باشد،نسبت فیلترهای سبز دو برابر فیلترهای قرمز و آبی است. این بخاطر اینست که چشم انسان به رنگهای زرد و سبز حساس تر است. چون هر پیکسل تنها یک رنگ را شناسایی می کند، رنگ واقعی با بهره گرفتن از متوسط گیری شدت نور اطراف پیکسل که به میانگین رنگ مشهور است، ایجاد می شود.
شکل (۱-۱) CCD –sensor
۱- ۳ ) آشنائی با ( Complementary Metal Oxide Semiconducter) CMOS
تکنولوژی مورد استفاده در ساخت CMOS همان تکنولوژی است که در سراسر جهان برای ساخت میلیونها ریزپردازنده و حافظه مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجا که روی این تکنولوژی فعالیتهای زیادی صورت گرفته و تولید آن در حجم انبوه می باشد، ساخت چیپ های CMOS نسبت به CCD ارزانتر در می آید. دیگر مزیت این سنسورها نسبت به CCD اینست که توان مصرفی آنها پایینتر می باشد.
در یک سنسور CMOS ، هر پیکسل در کنار ترانزیستور هایی قرار میگیرد که تبدیل سیگنال های آنالوگ به دیجیتال را انجام میدهند. هر کدام از این سنسورهای پیکسلی یک سنسور فعال پیکسلی (APS) (Active Pixle Sensor)نامیده میشود.
در این تکنولوژی، منطق کلیه مراحل تصویربرداری بر روی یک تراشه CMOS قرار داده میشود و بصورت مدار مجتمع در می آید.. APSها بر پایه ترانزیستور هستند، این بدین معنی است فراِیند ساخت آنها از لحاظ هزینه بسیار مقرون به صرفه خواهد بود.
شکل (۱-۲) CMOS-sensor
۱-۴ ) ساختار سنسورهایCCD و CMOS