وبلاگ

:

مبدل خط لوله از چند طبقه تشكیل شده است كه هر طبقه یك یا چند بیت خروجی را فراهم می كند. مفهوم این مبدل به این صورت است كه طبقه اول از ورودی نمونه برداری می كند و آن را به دو بخش تبدیل می كند: یك بخش دیجیتال و دیگری سیگنال باقیمانده. سیگنال باقیمانده در هر طبقه، اختلاف بین سیگنال ورودی و بیت های دیجیتالی تبدیل یافته است. طبقه اول پس از انجام عمل تبدیل، آن را به طبقه بعدی می فرستد و از سیگنال بعدی نمونه برداری می كند. هر طبقه m بیت دیجیتالی تولید می كند و یك مبدل دیجیتال به آنالوگ ضرب كننده دارد كه شامل یك DAC، تفریق كننده، تقویت كننده و مدار نمونه بردار و نگهدار است. نوعا MDAC متشكل از یك تقویت كننده با سرعت و بهره بالا به همراه تعدادی خازن و كلید است.

بنابراین در ابتدا با توجه به مشخصات سرعت و دقت مبدل، نیاز به طراحی یك تقویت كننده توان بهینه برای بلوك MDAC است. پس از تقویت كننده، مقایسه گر نقش مهمی در تلفات توان در مبدل خط لوله دارد. برای اینكه مقایسه گر آفست كمی داشته باشد، نیاز به مقدار مشخصی انرژی دارد. آفست كم مقایسه گر باعث افزایش توان سیگنال به نویز (SNR)، سوئینگ ورودی و قابلیت تفكیك می گردد. به منظور داشتن ولتاژ آفست كوچكتر در مقایسه گرها، از یك پیش تقویت كننده استفاده می شود. اشكال عمده این روش این است كه توان بالایی به صورت ثابت توسط پیش تقویت كننده مصرف می شود. برای غلبه بر این مشكل از مقایسه گرهای دینامیكی كه توان مصرفی بسیار كمتری دارند استفاده می شود. این مقایسه گرها در هر پالس ساعت یك مقایسه انجام می دهند.
مشكل عمده مقایسه گرهای دینامیكی، بالا بودن آفست در آن ها است كه در مبدل های خط لوله توسط مدار تصحیح خطای دیجیتالی مرتفع می گردد. این كار به بهای افزایش توان مصرفی و كاهش نسبت سیگنال به نویز تمام می شود. بنابراین نیاز به طراحی یك مقایسه گر دینامیكی با آفست كم وجود دارد. پس از طراحی دو بخش عمده مبدل یعنی تقویت كننده و مقایسه گر، باید به سراغ بهینه سازی توان كل برای آن رفت، كه با در نظر گرفتن توان مصرفی مورد نیاز هر بلوك و با توجه به تعداد بیت ها انجام می پذیرد. مقایسه ساختارهای مختلف آپ امپ نشان می دهد كه ساختار بهینه تقویت كننده وابسته به بهره حلقه بسته مطلوب است.
در مبدل های خط لوله برای ساخت پالس ساعت تمیز از اشمیت تریگر استفاده می شود، زیرا اشمیت تریگر نویز را فیلتر نموده و یك سیگنال دیجیتالی تمیز به دست می دهد. یك روش ساخت اشمیت تریگر، استفاده از معكوس كننده های CMOS با فیدبك مثبت است (مانند لچ).

در سال های گذشته تلاش های زیادی جهت مدرن کردن سیستم های کنترلی صورت گرفته است. تجهیزات کنترلی مدرن مانند سیستم های کنترل توزیع یافته (DCS)، کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر (PLC)، شبکه ها و تجهیزات هوشمند در کنار نرم افزارهای قدرتمند به کار گرفته شدند. مهمترین بخش های سیستم کنترلی را لایه ترانسمیترها و محرک ها (لایه اول) و لایه کنترل کننده های تنظیمی که

 معمولا PID کنترل کننده ها می باشند (لایه دوم)، تشکیل می دهند. ترکیب این دو لایه با یکدیگر همان مفهوم حلقه های کنترلی را در بردارد. نقش حلقه های کنترلی در صنایع فرآیندی تنظیم متغیر خروجی پروسه (process variable) به مقدار خروجی مطلوب (set point) در حضور اغتشاشات و نوسانات می باشد. مقدار خروجی مطلوب مقداری است که فرآیند بیشترین بازده را در آن نقاط خواهد داشت. با سرمایه گذاری فراوان و مدرن شدن سیستم های کنترلی، این سیستم ها نسبت به گذشته نقش موثرتری را در صنایع فرآیندی بر عهده دارند در چنین شرایطی عملکرد و بازده این سیستم ها تاثیر فراوان بر عملکرد فرآیند خواهد داشت. بدین ترتیب ارزیابی عملکرد سیستم های کنترلی به عنوان موضوعی مهم و جدید در صنایع فرآیندی ظهور یافت. ارزیابی عملکرد حلقه ای کنترلی بخش مهمی از موضوع ارزیابی و مونیتوریتگ سیستم های کنترلی در صنایع فرآیندی می باشد. در فصل اول کلیات پروژه ارائه شده است. فصل دوم به ارزیابی عملکرد حلقه های کنترلی اختصاص یافته است. در این فصل ابتدا مشکلات حلقه ها مطرح شده و سپس معیارهای ارزیابی عملکرد حلقه ها مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان این فصل نوسان و تداخل بین حلقه ها به عنوان دو مشکل مهم در حلقه ها مورد بررسی قرار گرفته است. فصل سوم به یکی از مهمترین اجزاء حلقه کنترلی یعنی شیرهای کنترلی اختصاص یافته است. در فصل چهارم واحد جداسازی بوتان به عنوان واحد نمونه صنعتی انتخاب و پس از شبیه سازی این واحد در محیط Aspen، حلقه های آن توسط برنامه نوشته شده در محیط Matlab مورد ارزیابی قرار گرفته است. مدیریت آلارم ها به عنوان یکی از موضوعات مهم در سیستم های کنترلی در فصل پنجم بررسی شده است.فصل ششم به نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات اختصاص یافته است.

دورنمای مخابرات نایل شدن به تكنیك هایی است كه نرخ انتقال بالای اطلاعات را در محیط های مختلف بی سیم فراهم آورد. این محیط ها می توانند شامل مشخصه های چند مسیرگی، فیدینگ، نویز جمع شونده، و بالاخره تغییرات زمانی كانال و یا به عبارتی شیفت داپلر باشند. امواج الكترومغناطیسی با مشخصه های مناسب انتشار در فضا، امكان ایجاد ارتباط بی سیم را تا مسافتهای چندین كیلومتری با سرعت و پهنای باند مختلف فراهم می كنند. سیستمهای پخش گسترده رادیویی و تلویزیونی با برد بالا نمونه هایی از كاربرد چنین سیستم هایی هستند. نسل اول سیستمهای بی سیم (بخصوص مخابرات سیار) تا سال 1990، به منظور ایجاد ارتباط صوتی و ارسال داده با حداكثر نرخ بیت 2.4kbps استفاده می شد. درچند سال اخیر مخابرات بی سیم رشد چشم گیری داشته است. نرخ رو به رشد فناوریهای تلفنهای سیار، شبكه های WLAN و اینترنت موجب افزایش تقاضا جهت كسب ظرفیت بالا در شبكه های بی سیم گشته است. در حال حاضر اكثر سیستم های WLAN از استاندارد IEEE802.11 استفاده می كنند كه حداكثر نرخ داده ای به اندازه 11Mbps را ارائه می دهند. استاندارد های جدیدتر WLAN مثل IEEE 802.11.a كه مبتنی بر فناوری OFDM هستند نرخ داده های بالاتر از 54Mbps را حمایت می كنند. درآینده نه چندان دور سیستم های WLAN به پهنای باندی بیشتر از 100Mbps نیازمند خواهند بود. بنابراین اصلاح طیفی و افزایش ظرفیت داده در سیستم های OFDM در كاربردهای WLAN بسیار با اهمیت است. همگرایی سرویس های دسترسی به اینترنت و فناوری مخابرات سیار با كاربردهای چند رسانه ای صوت و تصویر كیفیت بالا در آینده نزدیك دیده می شود. مخابرات سیار نسل دوم (2G) مانند GSM سرعت های خیلی پایینی برای ارسال داده (9.6 – 14.4 kbps) فراهم آورده و هزینه بالایی در بر دارند كه در نتیجه، سودمندی این سرویس را كاهش

 می دهد. هدف مخابرات سیار نسل سوم و چهارم فراهم آوردن محدوده وسیعی از سرویس ها با نرخ داده بالا از قبیل ارائه سرویس های صوتی و تصویری باكیفیت بالا روی مخابرات سیار ، تلفن های تصویری و دسترسی پرسرعت به اینترنت است. سیستم های مخابرات سیار نسل سوم (3G) مانند UMTS نرخ داده بالاتری (64kbps-2Mbps) نسبت به  مخابرات سیار های نسل دوم مانند IS-95 و GSM ارائه می دهند. همچنین سیستم مخابرات سیار نسل دوم فقط جهت سرویس های صوتی منظور شده است در حالی كه سیستم مخابرات سیار نسل سوم به سرویس های داده علاوه بر صوت تمایل دارد. سیستم مخابرات سیار نسل سوم از W-CDMA به عنوان روش مدولاسیون استفاده می كند. این مدولاسیون مقاومت خوبی در برابر اثرات چند مسیری داشته و همچنین نرخ داده انعطاف پذیر و راندمان طیف بالائی را داراست. نرخ داده بالاتر سبب ایجاد سرویس های جدیدتر از قبیل ارتباط بی سیم كامپیوترها، گزارش گیری از راه دور، دوربین های بی سیم مبتنی بر web و سیستم های هدایتگر اتومبیل روی اتصال دائمی شبكه، شده است.

تقاضای استفاده از طیف رادیویی به شدت در حال افزایش است و سیستم های مخابرات سیار زمینی فقط یكی از چند كاربرد رقیب برای پهنای باند مقتضی هستند. این كاربردها نیازمند بودند كه سیستم رادیویی مربوطه به صورت مطمئن محیط های با دید غیرمستقیم (NLOS) با فاصله انتشار 0.5-30Km و سرعتی حدود 100km/hr یا بیشتر را حمایت كند و چنانچه در فركانسی بالای فركانس مربوطه عمل شود افت مسیر زیادی خواهیم داشت و همچنین شیفت داپلر بالاتر، در سرعت های بالا نیز اضافه خواهد شد. از محدودیت های مهم سیستم مخابرات سیار نسل سوم ارائه سرویس با نرخ بیت بالا ولی با هزینه بالاست.
OFDM كاندیدای لایه فیزیكی سیستمهای مخابرات سیار نسل چهارم (4G) است. در حال حاضر تحقیقات زیادی روی سیستمهای مخابرات سیار نسل چهارم در حال انجام است. این سیستمها احتمالاً بین سال های 2008 – 2012 گسترش خواهند یافت و جایگزین نسل سوم خواهند شد. تا به حال تعداد كمی از اهداف شبكه های نسل چهارم منتشر شده است گرچه كاربردها و قابلیت های نسل سوم را گسترش خواهند داد و دسترسی جهانی بهبود یافته ای را ارائه خواهند داد. كاربردهای شبكه های نسل چهارم مثل  4 – HDTV (Mbps 20 و شبكه های بی سیم كامپیوتری (1 – 100 Mbps) است. البته جهت پوشش دادن این سرویس ها باید هزینه های سرویس دهی نسبت به نسل سوم كاهش یابد. علاوه بر نرخ داده بالا باید كیفیت سرویس دهی (QoS) بالا نیز نسبت به سیستم های سلولی رایج انجام شود. در سیستم های سلولی نسل سوم این درصد بین 90 – 95 درصد پوشش است یعنی ارتباط شبكه می تواند روی 90 – 95 درصد سطح سلول حاصل شود. این مقدار برای شبكه های WLAN كافی نیست. برای شبكه های نسل چهارم این درصد به محدوده 99/5 – 98 رسیده است. جهت دستیابی به این سطح از سرویس دهی نیازمندیم تا سیستم مخابراتی بسیار منعطف و انطباق پذیر باشد. در بسیاری از كاربردها، حفظ اتصال شبكه از دستیابی به نرخ داده واقعی، مهمتر است. هرچند محیط انتقال در بهترین شرایط می تواند تا نرخ بیتهای 20Mbps را حمایت كند ولی اگر مسیر انتقال خیلی ضعیف باشد، برای مثال در یك زیر زمین از ساختمان، جهت حفظ و پایداری لینك باید نرخ داده كاهش یابد. بنابر این برای شرایط حساس و محدود، نرخ داده ممكن است تا 1kbps هم كاهش یابد. به عنوان یك پیشنهاد جهت كاربردهایی كه نیازمند نرخ داده ثابت هستند كیفیت سرویس دهی می تواند توسط تخصیص منابع اضافی به كاربران در ازای مسیر انتقال ضعیف اصلاح شود. به طور كلی برای شبكه های بی سیم پرظرفیت یك گزینه بسیار مناسب، مدولاسیون چند حاملی و به ویژه تكنیك تقسیم فركانسی متعامد OFDM است.

:
امروزه در عصر ارتباطات و استفاده روزافزون از شبکه های تلفنی، موبایل، اینترنت و… با توجه به محدودیت پهنای باند در شبکه های مخابراتی، کدینگ (کد کردن) و فشرده سازی، برای نمایش سیگنال صحبت دیجیتال به استفاده از حداقل بیت ممکن و حفظ کیفیت در سطوح قابل قبول، امری اجتناب ناپذیر و موثر می باشد. نیاز به برقراری ارتباط از طریق صحبت موجب شده است تکنولوژی کد کردن و فشرده سازی صحبت ارتقا یابد و استانداردهای متفاوتی در این زمینه عرضه گردد.

در این پروژه به تحلیل و شبیه سازی کدکننده LD-CELP پرداخته می شود. این کدکننده، صحبت را با کیفیت بسیار خوب در نرخ بیت 16kb/s ارائه می دهد. از این کدکننده می توان در شبکه هایی که به تاخیر زیاد، حساس هستند، مانند شبکه های ماهواره ای، موبایل و… استفاده نمود. همچنین از جمله استانداردهایی است که برای انتقال صحبت در سیستم های کنفرانس تصویری به کار می رود. لازم به ذکر است در شبکه هایی که انتقال اطلاعات به صورت بسته ای انجام می شود استفاده از این کدکننده مرسوم می باشد. تاخیر یک کدکننده صحبت، زمان بین ورودی یک نمونه به انکدر و خروجی نمونه متناظر از دیکدر تعریف می گردد. این تاخیر برای یک کدکننده های هیبرید بین 50 میلی ثانیه تا 100 میلی ثانیه است. در دهه های اخیر روش های متفاوتی در زمینه فشرده سازی صوت مطرح شده است که مناسب ترین و پرکاربردترین آنها کدکننده های آنالیز همراه با سنتز می باشد که توسط Atal&Re در سال 1982 معرفی شد. در سال 1985 توسط Schroeder&Atal کدکننده صحبت با نرخ بیت زیر 16kb/s با روش CELP معرفی شد و چندین استاندارد مهم براساس این روش تعریف شد. در سال 1988، CCITT برنامه ای برای استانداردسازی کدکننده با تاخیر کم و کیفیت بالا در مقابل خطای کانال مطرح کرد و در سال

 1992 توسط Chen etal تحت عنوان LD-CELP معرفی شد و به صورت استاندارد G.728 درآمد و در سال 1994 نسخه ممیز ثابت آن نیز ارائه گردید.

از سال 1992 تاکنون تحقیقات متعددی بر روی ساختار الگوریتم مذکور صورت گرفته است. اقدامات صورت گرفته، شامل دو بخش مهم می باشد. بخش اول، روش هایی هستند که بهبود در SNR و افزایش کیفیت شنیداری صحبت خروجی دیکدر را در پی دارند. بخش دوم، روش هایی هستند که باعث کاهش بار محاسباتی و پیچیدگی الگوریتم G.728 و در نتیجه کاهش زمان اجرا می گردند. در این پروژه، مجموعه کارهای صورت گرفته برطبق همین دو بخش می باشد. در واقع هدف اصلی، هم کاهش بار محاسباتی و هم افزایش کیفیت صحبت می باشد.
یکی از اقدامات صورت گرفته در این پروژه، استفاده از روش جدیدی برای یافتن ضرایب فیلتر ترکیب (سنتز) است. این روش مختص کدکننده های CELP است که در این پروژه به کدکننده LD-CELP اعمال گردیده است و منجر به 2/5 دسیبل بهبود در SNR خروجی دیکدر شده است. از اقدامات دیگر انجام شده در این پروژه، طراحی پنجره های هیبرید جدید با اقتباس از پیشنهاد موجود در یکی از مقالات است که منجر به 3 دسیبل بهبود در SNR خروجی دیکدر می گردد. لازم به ذکر است، این روش در مقاله مذکور در حد پیشنهادی گذرا مطرح شده است و بررسی های بیشتر و تکمیلی تر در این پروژه انجام گرفته است. اقدام دیگر که در این پروژه انجام شده، پیشگویی بهره با استفاده از سه شبکه عصبی Elman , MLP و Fuzzy ARTMAP است. همچنین مقایسه سه روش مذکور، به همراه میزان کاهش پیچیدگی منجر شده نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که با استفاده از شبکه عصبی Fuzzy ARTMAP زمان اجرا حدود 0/25 میلی ثانیه برای 400 فریم کاهش می یابد. در اقدامی دیگر، با استفاده از روشی برای ایجاد کتاب کد اولیه که در یکی از مقالات مطرح شده بود و همچنین با اعمال تغییراتی در الگوریتم LBG کتاب های کد شکل جدیدی طراحی گردید. با استفاده از کتاب کدهای جدید ایجاد شده، به ترتیب 0/11 و 0/02 دسیبل بهبود در SNR خروجی دیکدر حاصل می شود. علاوه بر این با استفاده از ساختار جدیدی متشکل از 48 شبکه عصبی SOM، ماژول جستجوی کتاب کد موجود در الگوریتم LD-CELP پیاده سازی گردید و حدود 27% بار محاسباتی حاصل از این ماژول کاهش یافت. فصول گردآوری شده در این پروژه به ترتیب زیر می باشد: در فصل اول ساختار کلی یک کدکننده CELP مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین توضیحاتی در ارتباط با سیگنال صحبت و معرفی اجمالی کدکننده های موجود ارائه داده خواهد شد. با توجه به اینکه کدکننده LD-CELP که در این پروژه مورد بررسی قرار گرفته است، جزء خانواده کدکننده های پیشگویی خطی با تحریک کد محسوب می شود به منظور روشن سازی مطالب در فصل 2 مدلی برای پیشگویی خطی شرح داده می شود. توصیف کامل عملکرد انکدر و دیکدر LD-CELP در فصل 3 بررسی خواهد شد. در این فصل، بخش های مختلف انکدر و دیکدر LD-CELP با جزییات کامل آمده است. در پردازش سیگنال صحبت در LD-CELP، در ابتدا سیگنال صحبت به صورت فریم های 2.5 میلی ثانیه ای (20 نمونه) بافر می شود. پردازش های انجام شده بر روی هر فریم به صورت مجزا انجام گرفته و در نهایت اندیس کتاب کد شکل و بهره به سمت دیکدر ارسال می گردد. در عمل پردازش هر فریم خود به 4 زیر فریم شامل 5 نمونه تقسیم می گردد و روند عملیات با توجه به استاندارد G.728 بر روی هریک از زیر فریم ها اجرا می گردد. در فصل چهارم ایده ها و دستاوردهای این پروژه مطرح خواهد شد. فصل پنجم نیز مربوط به نتیجه گیری و پیشنهادات پروژه می باشد.

(فصل اول) حاصل شده اینست که در حال حاضر نیمه هادی CdZnTe بهترین انتخاب برای ساخت آشکارسازهای پرتو ایکس و گاما است، بنابراین از فصل دوّم به بعد در مورد این نیمه هادی بحث شده است.
فصل دوم در مورد روشهای رشد، آماده سازی سطوح، فلز کاری و نوع الکترودها بحث می کند. در پایان این فصل نتیجه گیری شده است که آشکارسازها با الکترود شبکه ای بهترین عملکرد را دارند، لیکن ساخت آنها مشکل و در حال حاضر و با امکانات موجود در کشور عملی نیست. بنابراین پیشنهاد شده است از روش الکترود یکپارچه سطحی (اهمی) استفاده شود ،که این کار نیز با استفاده از امکانات موجود اپتیکی و لایه نشانی ساخته شده اند.
در فصل سوم نیز در مورد مدارهای الکترونیکی و مزایا و معایب مدارهای مختلف بحث شده است. در زمینه ساخت مدارهای الکترونیکی با وجود نرم افزارهای طراحی PSpice و HSpice و خرید قطعات مورد نیاز مشکل خاصی احساس نمی شود.

فصل چهارم به مدل سازی رفتار الکتریکی و نوری نیمه هادی CdZnTe می پردازد، در این فصل با روشهای محاسباتی و عددی و با استفاده از نرم افزار مطلب 6/1 پارامترهایی نظیر قابلیت تحرک (μ) و طول عمر حامل ها (τ) و بهره آشکارسازی نیمه هادی [η] طیف حاصل از جذب یک تک انرژی، قدرت تفکیک انرژی این نیمه هادی محاسبه شده است. در قسمت مدل سازی رفتار نوری این نیمه هادی نیز، محاسبه نقص های مختلف شبکه و تاثیر آن بر عملکرد نو ری و همچنین انرژی تله ها، سطح مقطع برخور د این نیمه هادی نیز محاسبه شده

 است.

پیشگفتار
پرتو های ایکس وگاما در صنایع مختلف کاربردهای فراوانی پیدا کرده اند. چون این دو پرتو به طور ناخواسته ممکن است تولید شوند، لذا باید آنها را شناسائی کرده و محیط اطراف را در مقابل آثارشان محافظت کرد. هنگامی که تولید این دو نوع پرتو عمدی باشد مقدار تولید نیز باید کنترل شده باشد. در هر صورت آشکارسازی و اندازه گیری شدت تابش تولید شده ضروری است. با توجه به کاربرد های فراوان و روز افزون این دو نوع پرتو در پزشکی، تست جوشکاریها ی حساس ، پرتودهی مواد غذائی، ایجاد موتاسیون در کشاورزی و دامپروری، اندازه گیریهای از راه دور، صنایع نظامی و احتمال برخورد خارج از کنترل این پرتو ها با جاندارن، ضرورت طراحی وساخت آشکارسازها ئی با دقت و کیفیت عمل بالا را دو چندان می کند.
بخش اول، فصل یک این پایان نامه، خواص مشترک تمامی آشکارسازها را فهرست وار برمی شمارد. با توجه به ضرورت درک مفاهیم ی نظیر بهره آشکارسازی، قدرت تفکیک انرژی، زمان مرده، منحنی های شمارش که از پارامترهای مشترک تمام آشکارسازها محسوب می شوند و شناخت آنها ضروری است. و عنایت به اینکه در انتخاب یک آشکارساز خوب ومناسب از این خواص بهره می گیریم، این مشخصات را با تفصیل بیشتری بررسی می کنیم.
آشکارسازهای نیمه هادی امروزه اکثر قریب به اتفاق تحقیقات در زمینۀ آشکارساز ی پرتو ایکس و گاما را به خود اختصاص داده اند، بنابراین محور بحث بخش دوم از فصل اول مقایسه وی مختصر در مورد این آشکارسازها است. این نوع آشکارسازها با کیفیت، دقت ، کارآیی بهتر و اندازه کوچکتر نسبت به سایر آشکارسازها ساخته و مورد استفاده قرار می گیرند.
فصل دوّم به روشه ای رشد نیمه هادی CdZnTe، طراحی انواع مختلف الکترودها، الزامات قبل از ایجاد اتصال های آند و کاتد و بررسی خواصّ هر کدام از آنها اختصاص یافته است.
در فصل سوم درباره مدارهای الکترونیکی شامل تقویت کننده و شکل دهنده و مدارهای دیجیتالی بحث شده است.
فصل چهارم به مدلسازی رفتار الکتریکی و نوری نیمه هادی CdZnTe و چگونگی تولید و انتقال بار در این نیمه هادی می پردازد. در این فصل ناخالصی های مختلف در این نیمه هادی، روشهای مطالعه مراکز بازترکیب و تله انرژی این مراکز بحث می کنیم.
در آخر نیز نتایج حاصل از این پژوهش و پیشنهادات و همچنین منابع و ماخذ و پیوست ها آورده شده است.