:
ابزارهای اندازه گیری اینرسی كه برپایه سامانه های میكرو الكترو مكانیكی هستند در دهه اخیر پیشرفت چشمگیری داشته اند. شتاب سنج ها و ژیروسكوپ های جدید تجاری ابزارهای اندازه گیری اینرسی را با ابعاد كوچكتر و قیمت كمتر نسبت به نوع غیر MEMS ارائه كرده اند. این سنسورها با قیمت كم و توان مصرفی پایین باعث ایجاد بازارهایی در زمینه خودروسازی و سایر زمینه های صنعتی و تجاری شده اند.
یكی از فاكتورهای بسیار مهم در شتاب سنج های برپایه سامانه ها ی میكرو الكترو مكانیكی فاكتور حساسیت می باشد برای رسیدن به حساسیت بالا نیازمند فركانس طبیعی پایین هستیم و برای داشتن فركانس طبیعی پایین باید ثابت فنر كوچك داشته باشیم. بنابراین در فصل اول این پروژه می خواهیم ساختار مكانیكی را طوری طراحی كنیم كه در نهایت به فركانس طبیعی پایین دست یابیم.
داشتن حساسیت بالا باعث می شود كه جرم حساسه به ازای شتاب ورودی جابجایی زیادی داشته باشد بنابراین واسط الكتریكی می تواند حتی برای ورودی های كوچك شتاب هم اشباع شود. بنابراین باید جابجایی جرم حساسه را توسط قرار دادن آن در حلقه فی دبك منفی كنترل كنیم. در فصل دوم این پروژه روابط حلقه فیدبك منفی را بدست خواهیم آورد و به بررسی پایداری آن خواهیم پرداخت.
از آنجا كه در شتاب سنج MEMS مورد نظر ما شتاب خروجی به صورت دیجیتال است لذا در حلقه فیدبك از یک كوانتایزر استفاده شده است. به همین دلیل وجود نویز كوانتیزاسیون در سیگنال خروجی اجتناب ناپذیر است. در فصل سوم به بررسی راهكارهایی برای كاهش توان نویز كوانتیزاسیون و افزایش SNR و SNDR خواهیم پرداخت و نهایتا در انتهای همین فصل تاثیر پارامترهای سیستم را بر روی پاسخ پله سامانه بررسی خواهیم كرد.

در دو دهه گذشته، فناوری CMOS به سرعت حوزه مدارهای مجتمع را در برگرفته و راهکارهایی ارزان و کارا عرضه نموده است. اگرچه افزاره دو قطبی سیلیکان هنوز کاربردهای مناسب خود را دارد ولی امروزه فقط فرایندهای CMOS به صورت یک انتخاب موفق برای مجتمع سازی سیستم های پیچیده سیگنال مرکب (دیجیتال – آنالوگ) درآمده است.
افزایش سرعت و کاهش توان مصرفی در مدارهای مجتمع CMOS همواره به عنوان یک هدف اصلی مورد توجه بوده است. در سالهای اخیر نیاز به طراحی افزاره های توان پایین به صورت قابل ملاحظه ای افزایش یافته است.
برای کاهش مصرف توان در مدارهای CMOS از روش های مختلفی استفاده می شود که به عنوان مثال می توان به تغییر ساختار مدار، کاهش ولتاژ هزینه و تغییر ابعاد ترانزیستورها اشاره کرد. در این سمینار تغییر ابعاد ترانزیستور مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است.
ساختار فصول به این شرح است: در فصل اول اهمیت توان مصرفی، اجزای آن و راه های کاهش توان مصرفی بیان شده است. در فصل دوم، افزاره ماسفت دو گیتی سیلیکان بر روی عایق مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است، این افزاره برای کاربردهای توان پایین مناسب می باشد. در فصل سوم، با بهره گرفتن از شبیه سازی کامپیوتری اطلاعات کمی مناسبی جهت بهینه سازی ابعاد افزاره برای کاربردهای توان پایین ارائه شده است.
فصل اول: کلیات
1-1) اهمیت توان مصرفی در مدارهای مجتمع
افزایش سرعت و کاهش توان مصرفی در مدارهای مجتمع CMOS همواره به عنوان یک هدف اصلی مورد توجه بوده است. در سالهای اخیر نیاز به طراحی افزاره های توان پایین به صورت قابل ملاحظه ای افزایش یافته است.
عوامل متعددی بر این افزایش چشمگیر تقاضا موثرند. یک دسته از این عوامل ناشی از رشد سریع کاربردهای پرتابل نظیر کامپیوترهای قابل حمل، تلفن های سلولی و دیگر وسایل مخابراتی قابل حمل می باشد. پرتابل بودن این سیستم ها ابعاد و وزن باتری ها را محدود می کند و محدودیت شدیدی بر مصرف توان افزاره ها می گذارد.
دسته دیگر، ناشی از رشد کاربردهای غیر پرتابل نظیر تجهیزات الکترونیکی پزشکی می باشد که بر پایه مدارهای مجتمع CMOS می باشند و مصرف توان به یک پارامتر بسیار مهم در این سیستم ها تبدیل گشته است.
شکل (1-1) تغییرات چگالی توان (توان بر واحد سطح) برحسب کاهش ابعاد ترانزیستورها را نشان می دهد. با پیشرفت تکنولوژی و کاهش ابعاد تراشه ها میزان چگالی توان تراشه ها به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. بدین ترتیب، به منظور جلوگیری از صرف هزینه گزاف استفاده از خنک کننده بر روی تراشه ها، لزوم بکارگیری روش هایی برای کاهش توان مصرفی در مدارهای مجتمع CMOS مشخص می شود. همچنین با گرم شدن تراشه ها عمر دستگاه به شدت کاهش می یابد که می تواند باعث ایجاد مشکلات بعدی شود.
برای کاهش توان مصرفی در مدارهای CMOS از روش های مختلفی استفاده می شود، به عنوان مثال می توان به تغییر ساختار مدار، کاهش ولتاژ تغذیه و تغییر ابعاد ترانزیستورها اشاره کرد. آشنایی با روش های کاهش توان مصرفی در مدارهای مجتمع CMOS مستلزم دانستن اجزای توان مصرفی در این مدارها می باشد.<p><br />انواع آنتن های میکرواستریپ با توجه به وزن سبک و قیمت کم، کاربردهای زیادی در صنعت مخابرات و نظامی پیدا کرده اند. علیرغم مزایای زیادی که این آنتن ها دارند، وجود بعضی از معایب در این آنتن ها باعث شده است که از این آنتن ها در بعضی از مصارف نتوان استفاده کرد. از ضعف های عمده این آنتن ها می توان به کم بودن پهنای باند فرکانسی و گین این آنتن ها اشاره کرد. البته از زمان مطرح شدن این آنتن ها راهکارهای مختلفی برای از بین بردن این معایب ابدا شده است، که می توان در کتاب های مرجع و یا در مقالات به آنها رجوع کرد.<br />یکی از مشکلات ریشه ای این آنتن ها وجود امواج سطحی در آنهاست. با توجه به ساختار صفحه ای این آنتن ها وجود دی الکتریک زمین شده در اطراف اکثر آنتن های میکرواستریپی که محیط مناسب برای انتشار امواج سطحی می باشند امواج سطحی در این المان ها به وجود می آیند و باعث کاهش گین و پهنای باند آنتن های میکرواستریپی می شوند.<br />چند سال اخیر ساختارهای جدید وارد عرصه تحقیقات مخابرات شده است که توانایی کاهش امواج سطحی را دارند این ساختارها که اصطلاحا به ساختارهای Band Gap Structure مشهور هستند در رده ساختارهای متناوب تقسیم بندی می شوند.<br />ساختارهای BGS در یک پهنای باند فرکانس معین به نام Band Gap از انتشار امواج سطحی جلوگیری کرده و باعث افزایش پهنای باند فرکانسی و گین آنتن می شوند و می توان این ساختارها را به دو دسته Via دار و تک صفحه ای تقسیم کرد. برای ساختار Via دار یک مدل ساده ای به نام مدل تشدیدی ارائه شد، که در قسمت های بعدی خواهیم دید که این مدل توانایی تحلیل کلی ساختارها را ندارد و تنها می تواند فرکانس تشدید یکی از Band Gap ها را نشان دهد.<br />از مشکلات ساختار Via دار، وجود Via های زیاد می باشد، که در عمل ساخت این ساختار را بسیار مشکل می کند. بنابراین محققین دنبال روشی برای تک صفحه ای کردن این ساختارها بودند، که حاصل تلاش آنها منجر به وجود آمدن ساختار تک صفحه ای شد. این ساختار تقریبا عملکردی همانند ساختار Via دار را دارد.<br />در مورد تحلیل ساختارهای BGS به غیر از مدل تشدیدی ارائه شده مدل دیگری به نام مدل خط انتقال ارائه شده است. این مدل بر پایه اصول خط انتقال می باشد و برخلاف مدل تشدیدی توانایی نماین کردن Band Gap موجود در فرکانس های بالای مایکرویوی را با تقریب خیلی خوبی دارد. ولی توانایی معین کردن Band Gap موجود در فرکانس های پایین را ندارد. با بررسی ساختارهای مورد بحث توانستیم، با بهبود مدل خط انتقال مدل جدیدی برای این ساختارها ارائه کنیم. این مدل توانای آشکارسازی Band Gap ساختار را در فرکانس های پایین دارد. این مدل توسط نرم افزار Matlab مورد تحلیل قرار گرفت. نتاج به دست آمده تطبیق خوبی با نتایج حاصل از تحلیل این ساختار توسط نرم افزار HFSS را دارد.<br />در فصل دوم، امواج سطحی و سطوحی که می توانند این امواج را در خود به وجود آورند به صورت کلی بررسی شده است. و همچنین مفهوم امپدانس سطحی معرفی شده و رابطه آن را با امواج سطحی مورد مطالعه قرار می گیرد. در فصل چهارم، با مدل خط انتقال برای تحلیل ساختار Via دار و تک صفحه ای آشنا می شویم. ابتدا مدل اولیه خط انتقال را معرفی می کنیم. اما چون این مدل، توانایی معین کردن Band Gap را در فرکانس های پایین ندارد. مدل جدیدی به نام مدل بهبود یافته برای رفع این مشکل معرفی می کنیم. نتایج به دست آمده از تحلیل این مدل توسط نرم افزار

Matlab تطبیق خوبی با نتایج حاصل از تحلیل این ساختار توسط نرم افزار HFSS را دارد.<br />در فصل پنجم، با بکار بردن این ساختارها در دو آنتن میکرواستریپ مونوپل با Patch مثلثی و مستطیلی و تغذیه میکرواستریپ لاین تغییرات حاصل در پارامترهای آنتن را مورد بررسی قرار خواهیم داد.</p>
<p>&nbsp;</p>

در سال 1843 شبكه های مخابراتی با نصب سیستم مورس در مسیر خط راه آهن واشینگتن – بالتیمور پا به عرصه وجود گذاشتند. در واقع پیش از آن، اولین پیام تلگرافی با عنوان (اعلام به دنیا)، توسط اف بی مورس در سال 1838 از یک خط 16 كیلومتری ارسال شده بود. سیستم های تلفنی باسیم نیز توسط الكساندر گراهام بل در سال 1876 ابداع و برای مسافتهای كم و افراد معدود جهت انتقال صدا بكار برده می شد. با معرفی امواج رادیویی توسط هرتز در سال 1888 امكان انتقال اطلاعات به محل هایی كه از نظر اقتصادی برای نصب كابل مقرون به صرفه نبودند، ممكن شد و ماركونی در سال 1897 اقدام به مخابره اولین پیام بی سیم كه آن را رادیو نامید، نمود. سرانجام جهت نیل به هدف نهایی، سیستم های مخابراتی سیار مورد توجه واقع شدند. هرچند مخابرات رادیویی و سیار با هدف ارسال و دریافت تلگراف پا به عرصه وجود گذاشت ولی با آغاز جنگ جهانی اول برای ارتباط بین كشتی ها مورد استفاده فراوان قرار گرفت. در سال 1948 شانون قضیه ظرفیت را ارائه كرد تا تكنولوژی مخابرات پیشرفت های شگرفی یابد و وسایل مخابراتی پیچیده و پیشرفته هر روز در زندگی بشر بیش از پیش توسعه یابند.
علاقه به داشتن وسایل كوچك و سبك جهت كاربردهای مختلف مخابراتی نظیر انتقال صوت و تصویر با هدف دسترسی آسان به اطلاعات جهانی و بین المللی و ارتباط با دوستان و بستگان، حجم وسیعی از تحقیقات دهه های اخیر در حیطه مخابرات سیار را به خود اختصاص داده است. شاید این رویكرد اختصاصی به مخابرات سیار بدلیل حجم بالای نقدینگی و بازار بسیار مناسب درآمدزای آن كه ناشی از تعداد زیاد مشتریان بوده، موجب پیشرفت چشمگیر علم مخابرات شده است.
از طرف دیگر با افزایش ضریب نفوذ اینترنت و جایگزینی آن با دیگر وسایل ارتباط جمعی، درخواست كاربران را برای استفاده از دستگاه های مخابراتی كوچك، حجیم با قابلیت ارسال و دریافت دیتا علاوه بر صوت و تصویر را افزایش داده و امروزه یک كامپیوتر شخصی قابل حمل و یا یک تلفن همراه براحتی اطلاعات مورد نیاز(صوت، تصویر و دیتا) را دریافت و یا ارسال می دارد.
مزیتهایی نظیر تحرك پذیری، هزینه كم و نصب سریع تجهیزات، تعمیر و نگهداری آسان، توسعه و قابلیت انعطاف پذیری بیشتر آن در تعامل با استانداردها و پروتكل های مخابراتی، باعث افزایش بكار گیری سیستم های مخابراتی بی سیم و علاقه به توسعه و پیشرفت چنین سیستم هایی در دنیای مخابرات امروز شده است. از آنجایی كه هر مزیتی حتماً در مقابل محدودیت و معایبی بررسی می گردد سیستم های مخابراتی بیسیم نیز دارای محدودیتها و معایبی هستند كه از مهمترین آن می توان به ظرفیت كانال های مخابراتی در دستیابی به سرعتهای بالا اشاره نمود. در واقع استفاده بهینه از پهنای باند فركانسی در دسترس جهت سرعت بالای ارسال داده با در نظر گزفتن دو عامل قابلیت اعتماد برای بازسازی دوباره آن در طرف گیرنده و امنیت اطلاعات در كانال جهت جلوگیری از استفاده و دسترسی غیر مجاز، مبحثی تحت عنوان روش های دسترسی چندگانه را تعریف مینماید. دسترسی چندگانه با بهره گرفتن از تقسیم فركانسی (FDMA)، تقسیم زمانی (TDMA) و تقسیم کد (CDMA)، از عمده ترین تكنیک های دسترسی چندگانه هستند.
روش دسترسی FDMA به عنوان اولین تكنیک دسترسی چندگانه در ساختار شبكه های بیسیم مورد استفاده قرار گرفت. در این تكنیک باند فركانسی مجاز به قسمت های كوچكتر تقسیم شده و هریک از زیرباندها به یک كاربر اختصاص داده می شود. در این تكنیک با توجه به میزان پهنای باند اختصاص داده شده به هریک از كاربران، ظرفیت شبكه تعیین می شود. این تكنیک دارای دو مشكل عمده می باشد. اولاً از پهنای باند به طرز مطلوبی استفاده نمی شود. ثانیاً در شرایط وجود فیدینگ در یک فركانس خاص احتمال از دست دادن یک كانال بطور كامل نیز وجود دارد. علیرغم سادگی سیستم های مبتنی بر FDMA، این نقاط ضعف باعث پائین بودن ظرفیت این تكنیک دسترسی چندگانه می گردد. اما از آنجا كه در ابتدای ظهور شبكه های مخابراتی بیسیم، به علت اینكه این شبكه ها تنها قادر به تبادل صوت و یا حداكثر صوت و دیتا بودند ظرفیت های موجود قادر به سرویس دهی به كاربران بوده و آهنگ ورود كاربران جدید به علت محدودیت و سادگی سرویس های ارائه شده در شبكه های مخابرات سیار چندان سریع نبوده است. از طرف دیگر با توجه به محدود بودن سرویس های ارتباطی موجود، اضافه شدن كاربران جدید تغییر شدیدی در ظرفیت مورد نیاز شبكه ایجاد نمی نمود. بنابراین روند افزایش تقاضا برای سرویس های مخابراتی با روند گسترش شبكه هماهنگ بود.
اما كم كم با توسعه و گسترش شبكه های بی سیم و ارائه سرویس هایی كه نیازمند ظرفیت های بیشتری بودند، نیاز به تكنیک های دسترسی چندگانه ایی كه قادر به ارائه ظرفیت بیشتری باشند، بشدت احساس شد.

با توجه به نقاط ضعف تكنیک FDMA، زمان زیادی از تولد این تكنیک نگذشته بود كه بسیاری از شركتهای مخابراتی به فكر استفاده از زمان ارسال در تفكیک سیگنال كاربران مختلف، افتادند. این تكنیک كه به TDMA معروف شد به علت رفتار بهتری كه در استفاده از پهنای باند و مقابله با فیدینگ در یک فركانس خاص از خود نشان می دهد، به عنوان جایگزین مناسب FDMA مطرح شد.
در این تكنیک با توجه به تعداد كاربران و حجم دیتای مورد ارسال، ز

مان به واحد هایی بنام time slot تقسیم شده و هر كاربر داده های خود را در بازه های زمانی مذكور ارسال می دارد. در این حالت علاوه بر اینكه استفاده مطلوبتری از پهنای باند فركانسی به عمل می آید، اثرات نامطلوب فیدینگ تنها متوجه یک كانال مخصوص نبوده و هرچند ممكن است كیفیت سیستم به مقدار جزئی كاهش یابد، ولی برخلاف FDMA هیچ كانالی بطور كامل خراب نمی شود. لذا این تكنیک قادر به ارائه ظرفیتی بالاتر از FDMA می باشد. البته باید گفت كه این برتری باعث استفاده از تجهیزات پیچیده تری نسبت به FDMA است.

ادوات امواج آکوستیکی سطحی برای ساخت برچسب هایی جهت شناسایی و یا سنجش در فرکانس های مختلف استفاده قرار می گیرند. اصولا این ادوات برای کاربردهای بدون و سنجش از راه دور مورد نیاز می باشند.
این ادوات را می توان به صورت موثری با بهره گرفتن از لایه نشانی یک مبدل اینتر دیجیتال بر روی یک زیرلایه پیزوالکتریک القاء و آشکارسازی کرد. مبدل های بسیار ظریف را می توان با بهره گرفتن از فرایند فتو لیتوگرافی به صورت انبوه تولید کرد. از آنجا که این فرایند در ساخت ادوات نیمه هادی کاربرد فراوان دارد و پیشرفت های چشمگیری در آن صورت گرفته است امکان ساخت طرح های بسیار مناسبی از انواع مبدل های اینتر دیجیتا وجود دارد.
ساخت فیلترهای فشرده پالسی برای رادار و رزوناتورهای پایدار برای ساعت و اندازه گیری دقیق زمان، نمونه های دیگری از کابردهای ادوات هستند که با شناسایی این تکنولوژی قابل ارائه خواهند بود.
2-1- ادوات SAW – قابلیت ها – محدودیت ها
فیلترهایی که بر پایه تکنولوژی SAW ساخته شده اند به طور وسیع در چندین نوع از تجهیزات الکترونیکی استفاده می شوند. مزیت این نوع فیلترها را در قابلیت اعتماد – خصوصیات فاز خطی و پایداری دما می توان نام برد.
پردازش ساده از این نیمه هادی ها نشان دهنده این امر است که می توان استفاده وسیعی از این تکنولوژی در ادوات مختلف داشت به نحوی که هزینه را کاهش داده و مینیمم فرکانس را محدود کند. (باند فرکانسی) امواج صوتی در این ابزارها همانند امواج سطحی منتشر می شوند.
و از این رو به آسانی به وسیله تغییرات در سطح بستر می توانند آشفته شوند تکنولوژی فیلتر SAW همچنین به خاطر قابلیت های ساخت در فرکانس های بالاتر که طول موج کوچکتر را طلب می کند، محدود می شود. معمولا این ادوات می توانند در رنج کاری از 100MGZ تا 3GHZ محدود می شود. برای حفاظت از این ادوات بسته بندی صحیح لازم است.
3-1- کاربردها
ادوات با امواج صوتی سطحی کاربردهای متنوعی همانند سنسورهای شیمیایی و موتورهای شتاب دهنده، اسیلاتورها، رادیوهای دیجیتالی، تلفن های سلولی، ماهواره ها، مودم ها، رادارها، ریموت کنترل ها و برچسب های مغناطیسی دارند. یک برچسب حسکر از راه دور غیرفعال، برچسبی است که توانایی شناسایی و یا اندازه گیری بعضی از خواص فیزیکی را از راه دور و بدون استفاده از سیم دارد و فاقد هرگونه منبع تغذیه می باشد.
این برچسب ها امواج یک سیگنال اولیه را که از یک کدخوان فرستاده می شود دریافت و مجددا منتقل می کنند، اگرچه این سیستم تفاوت های اساسی با یک رادار دارد ولی برای فهم بهتر موضوع می توان آن را به عنوان یک رادار در نظر گرفت. این سیستم بازجو نامیده می شود.
اساس کار این سیستم به این شکل است که کدخوان یک سیگنال رادیویی را فرستاده و پاسخ آن را از هریک از برچسب هایی که در نزدیکی آن قرار دارند دریافت می کند. از آنجایی که به طور کلی ضروری است که هر برچسب از سایر برچسب ها متمایز باشد، پاسخ هر برچسب خاص به سیستم کدخوان باید بتواند برچسب مورد نظر را تعیین نماید. برای عموم کدخوان ها هر برچسب باید به صورت فازی و یا تاخیری و یا به صورت هر دو صورت، کدگزاری شده باشد تا بتواند اثر یکتائی را از خود برای ک

دخوان به جای گذارد، به علاوه هر سیستم کدخوان باید بتواند تمام برچسب های کد شده را شناسایی کند.