طراحی و شبیه سازی مبدل آنالوگ به دیجیتال فلش کم مصرف ۴ بیتی برای کاربرد در سامانه های قلب مصنوعی قابل حمل

با پیشرفت روزافزون سامانه های مراقبت سلامت هوشمند و ظهور نسل جدید قلب های مصنوعی قابل حمل، نیاز به مدارهای واسط آنالوگ با کارایی بالا و توان مصرفی بسیار پایین به یک چالش حیاتی در مهندسی پزشکی تبدیل شده است. از آنجایی که این دستگاه ها مستقیما با حیات انسان در ارتباط هستند و از منابع تغذیه محدود (باتری) استفاده می کنند، بهینه سازی توان مصرفی بدون از دست دادن دقت ضرورت اصلی طراحی است. در این پژوهش یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) نوع فلش ۴ بیتی با تمرکز ویژه بر کاهش همزمان توان مصرفی استاتیک و دینامیک طراحی و شبیه سازی شده است. انتخاب معماری فلش به دلیل سرعت پاسخ دهی بلادرنگ آن بوده و جهت رفع نقیصه توان بالای این معماری، هسته اصلی مقایسه گرها بر پایه ساختار کلاک زنی شده Strong ARM بازطراحی شده است. این ساختار با حذف مسیر جریان مستقیم از منبع تغذیه به زمین در لحظات غیر فعال، جریان نشتی را به حداقل ممکن رسانده و بهره وری انرژی را به شدت افزایش می دهد. ارزیابی های فنی این طرح در تکنولوژی ۱۸۰nm CMOS انجام شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده پایداری عملیاتی فوق العاده مدار در برابر نوسانات ولتاژ مرجع و تغییرات دمایی در محدوده فیزیولوژیک بدن انسان است که ایمنی عملکرد را تضمین می کند. تحلیل های استخراج شده از نرم افزارهای MATLAB و HSPICE حاکی از دستیابی به پارامترهای خطی بسیار مطلوب از جمله خطای غیرخطی تفاضلی (DNL) و انتگرالی (INL) کمتر از ۰.۰۵LSB است. همچنین نسبت سیگنال به نویز (SNR) در محدوده ۲۵ دسی بل تثبیت شده که برای تفکیک دقیق سیگنال های الکتروکاردیوگرام (ECG) کاملا بهینه است. مجموع این ویژگی ها مبدل پیشنهادی را به گزینه ای ایده آل برای پردازش بلادرنگ سیگنال های حیاتی و کنترل دقیق ضربان در سیستم های قلب مصنوعی مبدل می سازد.

کلیدواژه ها:

مبدل ، فلش ، قلب مصنوعی ، مقایسه گر Strong ARM ، کم مصرف ، CMOS ۱۸۰nm ، بهینه سازی مصرف توان