پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن

word
81
10 MB
32184
1393
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۰,۵۳۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن

    پایان نامه

    ارائه شده به مدیریت تحصیلات تکمیلی به عنوان بخشی از فعالیت های تحصیلی لازم برای اخذ درجه کارشناسی ارشد

    در رشته مکاترونیک

    چکیده

    در این پایان­نامه یک حلقه­ی قفل فاز بر پایه­ی سیستم­های میکرو الکترومکانیکال طراحی شده است. سیستم حلقه­ی قفل فاز فیدبک داری است که فاز ورودی را با فاز خروجی مقایسه می­کند. این مقایسه توسط یک آشکارساز فاز  انجام می­شود. آشکار ساز فاز مداری است که ولتاژ متوسط خروجی آن بطور خطی با اختلاف فاز بین دو ورودی متناسب است. سعی بر این است که  اختلاف فرکانس بین ورودی و خروجی در حلقه­ی قفل فاز ثابت بماند و به همین دلیل اثرات تغییر دما بر این حلقه بررسی خواهد شد و روش­های جبران حرارتی با استفاده از شبکه عصبی ارائه می­شود. همانطور که مشاهده می­شود دما بر روی حلقه تاثیر می­گذارد و باعث تغییر در فرکانس خروجی می­شود و هدف این است که فرکانس ورودی و خروجی در حلقه ثابت بمانند. هدف کمینه کردن اختلاف فرکانس بین ورودی و خروجی در حلقه­ی قفل فاز است.

    مقدمه

     

    سیستم­­ های میکرو الکترومکانیکی[1] یکی از فناوری­های نوید  بخش قرن حاضر می­باشد که با توجه به قابلیت­­ها و مزیت­­های فراوانش می­­تواند در محصولات صنعتی، تجاری و مصرفی تحول بزرگی ایجاد نماید. این سیستم­ها، وسایل میکرونی هستند که می­‌توانند بر محیط ماکرو اثر بگذارند. تحقیقات بر روی طراحی، تولید و کاربرد سیستم­های میکرو الکترومکانیکی در حال حاضر در دنیا با جدیت پیگیری می­‌شود و سرمایه گذاری عظیمی در این زمینه انجام می­‌گیرد.

    در این بخش در ابتدا ضمن ارایهی تعریف کلی جهت آشنایی اجمالی با این سیستم­­ها و در ادامه به تاریخچه­ی مختصر و سپس مزایا، ویژگی­­ها، کاربردها، روش­‌های ساخت و مواد به کار رفته در MEMS و ... پرداخته خواهد شد.

     

    ۱-۲ تعریف MEMS

     

    فناوری MEMS  یا فناوری سیستم­‌های میکرو الکترومکانیکی، حاصل تلفیق اجزای مکانیکی، حسگرها، محرک­ها و قطعات الکترونیکی ر روی یک لایه­ی سیلیکون به کمک فناوری ساخت تراشه­های میکرونی است [1].

    میکرو مکانیک

     

    میکرو محرک­ ها

    میکرو سنسور

    سیستم میکروالکترومکانیکی

     

    میکرو الکترونیک

     

    ابعاد قطعات MEMS با توجه ب) طیف گسترده­ای را در برمی­‌گیرد، از ابعادی کوچک­‌تر از یک میکرومتر که قابل رویت با چشم نیستند تا ابعاد یک میلی­متر، همچنین انواعی از این سیستم­­ها می­تواند در حالتی ساده، ابزاری بدون قطعه­­ی متحرک و یا در حالت­­های پیچیده، دارای اجزای متحرک متعددی باشد که با سیستم­های کنترل الکترونیکی هدایت می­­شوند.

    سیستم­‌های میکرو الکترومکانیکی یا MEMS اصطلاحی است که اولین بار در اواخر دهه­ی ۱۹۸۰ در آمریکا برای نامیدن این نوع سیستم­ها معمول شد و نیز این سیستم­ها در اروپا با نام MST و در ژاپن نیز ماشین آلات خرد[2] نامیده می­‌شود.

    برای ساخت ادوات MEMS از تکنیک­­ها و موادی که در ساخت مدارهای مجتمع[3] به کار می­‌روند، استفاده می­‌شود؛ یا به عبارتی دیگر می­­توان گفت سیستم­های میکرو الکترومکانیکی را می­‌توان تلاشی برای بهره­برداری و گسترش تکنیک­های توسعه یافته­ی ساخت در صنعت مدارهای مجتمع برای اضافه کردن عناصر مکانیکی مانند تیرها، چرخ دنده­ها، دیافراگم­­ها و فنرها به مدارات الکترونیکی و تولید  میکرو سیستم یکپارچه برای ادراک و کنترل جهان فیزیکی دانست [1].

    MEMS یک فناوری است که اجازه­ی توسعه­ی محصولات هوشمند، تکمیل توانایی محاسباتی میکرو الکترون­­ها، با در نظر گرفتن قابلیت­­های میکرو سنسورها و میکرو محرک­‌ها و توسعه­ی فضای ممکن طراحی و استفاده را می­‌دهد.

    مدارهای مجتمع میکرو الکترونیک می­‌تواند به عنوان مغز متفکر یک سیستم در نظر گرفته شود و MEMS این قابلیت تصمیم­گیری را با چشم­‌ها و بازوهایی، زیاد کرده تا به میکروسنسورها اجازه دهد تغییرات پیرامون سیستم را به وسیله­ی دریافت اطلاعات پدیده­­های مکانیکی، حرارتی، بیولوژیکی، شیمیایی، نوری و یا مغناطیسی جمع آوری کنند. پس از دریافت اطلاعات از حسگرها، دستگاه­­های الکترومکانیکی به کمک قدرت تصمیم­گیری خود،  محرک­‌ها را به پاسخ­­هایی همچون حرکت، جابجایی، تنظیم کردن،  پمپ کردن،  فیلتر کردن و ...  وادار کرده و محیط را به سمت نتایج مورد نظر هدایت می­‌کنند.

    پتانسیل واقعی سیستم­­های میکرو الکترومکانیکی وقتی بروز پیدا می­کند که میکرو سنسورها، میکرو عملگرها و میکرو ساختارها روی یک صفحه­ی سیلیکونی با یکدیگر ترکیب شده و به یک مدار الکترونیکی متصل شوند. تکنیک­­های ساخت MEMS قادر می‌سازد که اجزا و وسایل با کارایی و با قابلیت بیشتر تولید شوند؛ در ضمن مزیت­‌هایی همچون کاهش اندازه­ی فیزیکی، حجم،  وزن و هزینه دارند [1] در شکل (1-3) نمونه­ای از تولیدات MEMS در ابعاد میکرو نشان داده شده است.

    Abstract:

    In this thesis a Phase-Locked Loop based on micro-electromechanical systems are designed. Micro-electro-mechanical systems are a feedback control system that compares phase input with the output phase. This comparison is done by a phase detector. The phase detector is a circuit that its average output voltage is proportionate linearly with phase difference between the two inputs. We want the frequency difference between input and output in the fixed phase lock loops to be stable and so we check the effects of temperature changes on this loop and thermal compensation method using neural network offer. Because as you can see temperature can effect on the ring and cause a change in the frequency of the output, and our purpose is that a fixed input and output frequencies in the loop be achieved. Our purpose is to minimum frequency difference between Input and output in the phase locked loop.

  • فهرست و منابع پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن

    فهرست:

    فصل اول : سیستم­های میکروالکترومکانیکی

    ۱-۱ مقدمه. 2

    ۱-۲ تعریف MEMS. 2

    ۱-۳ تاریخچه. 4

    ۱-۴ کوچک­سازی به عنوان شاخصه­ی اصلی MEMS. 6

    ۱-۵ دلایل و مزایای کوچک­سازی در فناوری MEMS. 7

    ۱-۶ برتری­های فناوری MEMS. 8

    ۱-۷ کاربردهای MEMS. 9

    ۱-۸ لزوم توسعه و پیشرفت در زمینه­ی MEMS. 12

    ۱-۹ تکنولوژی طراحی و ساخت سیستم‌های‌ میکروالکترومکانیکی.. 13

    ۱-۹-۱ طراحی.. 13

    ۱-۹-۲ تکنولوژی ساخت... 14

    ۱-۹-۲-۱ انتقال طرح بر روی بستر. 14

    ۱-۹-۲-۲ لایه­برداری.. 14

    ۱-۹-۲-۳ لایه­نشانی.. 15

    ۱-۱۰ مواد مورد استفاده در MEMS. 16

    ۱-۱۰-۱ اکسید سیلیکون SiO2 18

    ۱-۱۰-۲ سیلیکون نیترید Si3N4 18

    ۱-۱۰-۳ سیلیکون کارباید (SiC) 18

    ۱-۱۱ دلایل استفاده از کریستال سیلیکون در MEMS. 19

    فصل دوم : اسیلاتورهای کنترل شده با ولتاژ

    ۲-۱ مقدمه. 21

    ۲-۲ نوسان­کننده­ی کنترل شده با ولتاژ (VCO) 21

    ۲-۳ انواع نوسان­ساز. 22

    ۲-۴  LC-VCO.. 24

    ۲-۵ نوسان­ساز عمودی.. 25

    ۲-۶  Q-VCO.. 29

    ۲-۷ نویز فاز و جیتر زمانی.. 30

    ۲-۷-۱ نویز فاز. 30

    ۲-۷-۲ جیتر زمانی.. 31

    فصل سوم : حلقه­ی قفل فاز

    ۳-۱ مقدمه. 34

    ۳-۲ نحوه­ی عملکرد PLL. 34

    ۳-۳ اجزای PLL. 34

    ۳-۴ آشکارساز فاز. 35

    ۳-۵ بلوک دیاگرام PLL. 35

    ۳-۶ روابط PLL. 35

    ۳-۷ کاربردهای PLL. 37

    ۳-۸ PLL  مبتنی بر MEMS. 37

    ۳-۹ کریستال کوارتز. 37

    ۳-۱۰ روش­های قبلی انجام شده برای جبران­سازی حرارتی.. 40

    فصل چهارم : شبیه­سازی و تحلیل نتایج

    4-1 شبیه­سازی.. 51

    4-2 کدنویسی با PSO.. 52

    4-2-1 کد نویسی با شبکه­ی عصبی ............................................................................................ 56

    4-3 نتایج.. 61

    فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادها

    5-1 نتیجه گیری.. 65

    مراجع.. 67

     

     

    منبع:

     

    S. P. Beeby, G. Ensel, and M. Kraft, 2004, “MEMS Mechanical Sensors”, Artech House.

    D. S. Eddy and D. R. Sparks, 1998, “Application of MEMS Technology in automotive sensors and actuators” Proceedings of the IEEE, vol. 86, pp. 1747-1755.

    S. Kota and G. K. Ananthasuresh, S. B. Crary and K. D. Wise, “Design and Fabrication of Microelectromechanical Systems”, Journal of Mechanical Design December 1994, vol. 116.

    Ali Hajmiri and Thomas H. Lee, “The Design of Low Noise Oscillators”., Kluwer Academic Publishers, NewYork, Boston., 2003.

    B. Z. Kaplen, “On the simplified implementation of quadrature Oscillator models and the expected quality of their operation as VCO’s,” Proc. IEEE, vol. 68, pp. 745-746, 1980.

    G. A. Korn and T. M. Korn, Electronic Analog and Hybrid Computers New York: McGraw-Hill, 2nd ed. 1972, p. 252.

    R. Genin and J. Genin, “Nouveau modele d’oscillatoeur non Lineaire donnant deux signaux sinusoidaux en quadrature”, C. R.Acad. Sci., serie A, vol. 286, pp. 377-379, 1978.

    B. Adkins, “The General Theory of Electrical Machines”. London: Chapman and Hall, 1959.

    M. K. Parasuram and B. Ramaswami, “A three phase sine wave reference generator for thyristorised motor controllers,” IEEE Trans. Ind. Electron. Contr. Instrum., vol. IECI-23, pp. 270-276, 1976.

    Wei Tingcun;Chen Yingmei; Hu Zhengfei. Analog CMOS IC Design, Tsinghua University Press, 2010 : 267-271

    Zhou, H. F.; Han, Y.; Dong, S. R.; Wang, C. H., “An Ultra-Low-Voltage High-Performance VCO in 0.13μm digital CMOS process,” Journal of Electromagnetic Waves and Applications, 2008, No. 17-18, vol. 22:2417-2426.

    H. J. McSkimin, “ Measurement of elastic constant at low temperature By means of ultrasonic waves data for silicon and germanium single Crystals and for fused silica,”  J. Appl. Phys., vol. 24, no. 8, pp. 988-997, Aug. 1953.

    Y.-H. Chuang, S.-H. Lee R.-H. Yen, S.-L.Jang, and M.-H. Juang, “A low-voltage quadrature CMOS VCO based on voltage-voltage feedback topology,” IEEE Microw., vol.16, no. 12, pp. 696-698. Dec. 2006.

    L. Lin and P. R. Gray, “A 1.4 GHz differential low-noise CMOS Frequency synthesizer using a wideband PLL architecture,” in IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2000, pp. 204-205, 458

    M. Gradner, “Phase-lock Techniques. New York: Wiley”, in IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, Feb. 2000, pp. 204-205, 45817.

    H. J. McSkimin, “Measurement of elastic constant at low temperature By means of ultrasonic waves data for silicon and germanium single Crystals and for fused silica,”  J. Appl. Phys., vol. 24, no. 8, pp. 988-997, Aug. 1953.

     

    J. Wang, J. E. Butler, T. Feygelson, and C. T. C. Nguyen, “1.5 GHz Nanocrystalline diamond micromechanical resonator with material Mismatched isolating support,” in Proc. IEEE MEMS 2004, Jan. 2004, pp.641-644.

    K. Ho. Gavin, K. Sundaresan, S. Pourkamali, and F. Ayazi, “Micromechanical IBARs: Tunable High-Q Resonators for Temperature-Compensated Reference Oscillators”, Georgia Institute of Technology, Atlanta , IEEE.,   January 31, 2010., JOURNAL OF MICRO ELECTROMECHANICAL SYSTEMS, VOL. 19, NO. 3, JUNE 2010.

    R. Tabrizian, G. Casinovi and F. Ayazi, “Temperature-Stable High-QAIN-on-Silicon resonators with Embedded Array of Oxide Pillars,” Solid-State Sensors, Actuators, and Microsystems workshop (Hilton Head 2010), June 2010, pp. 100-101.

    R. Tabrizian, M. Pardo and F. Ayazi, “A 27 MHZ TEMPERATURE COMPENSATED MEMS OSCILLATOR WITH SUB-PPM INSTABILITY”, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia, USA, IEEE, 978-1-4673-0325-5,2012.

    K. Ho. Gavin, K. Sundaresan, S. Pourkamali, and F. Ayazi “Electronically Temperature Compensated Silicon Bulk Acoustic Resonator Reference Oscillators”, School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, and is now with GE Global Research, Niskayuna, NY 12309 USA, IEEE,. 2007., IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 42, NO. 6, JUNE 2007.

    J. C. Salvia, R. Melamud, S. A. Chandorkar, S. F. Lord, and T.W. Kenny., “Real-Time Temperature Compensation of MEMS Oscillators Using an Integrated Micro-Oven and a Phase-Locked Loop”., JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL 



تحقیق در مورد پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن, مقاله در مورد پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن, پروپوزال در مورد پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن, تز دکترا در مورد پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن, پروژه درباره پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن, گزارش سمینار در مورد پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن, رساله دکترا در مورد پایان نامه بررسی اثرات حرارتی بر PLL مبتنی بر MEMS و جبران آن

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس