Σχεδίαση ηλεκτρονικά ελεγχόμενου ελεγκτή κλασματικής τάξης με χρήση ενεργών στοιχείων

Παππάς, Γεώργιος

dc.contributor.author	Παππάς, Γεώργιος	el
dc.date.accessioned	2021-03-16T06:42:42Z
dc.date.available	2021-03-16T06:42:42Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53057
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20755
dc.rights	Default License
dc.subject	PID ελεγκτής κλασματικής τάξης (FO-PID)	el
dc.subject	Ενισχυτής διαγωγιμότητας (OTA)	el
dc.subject	Τελεστικός ενισχυτής (opamp)	el
dc.subject	IFLF τοπολογία	el
dc.subject	TSMC-90nm	en
dc.subject	Fractional order PID controller (FO-PID)	en
dc.subject	Operational trasconductance amplifier (OTA)	en
dc.subject	Operational amplifier (opamp)	en
dc.subject	IFLF topology	en
dc.subject	Layout	en
dc.title	Σχεδίαση ηλεκτρονικά ελεγχόμενου ελεγκτή κλασματικής τάξης με χρήση ενεργών στοιχείων	el
dc.contributor.department	Τομέας Επικοινωνιών, Ηλεκτρονικής και Συστημάτων Πληροφορικής	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μικροηλεκτρονική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-03-05
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία το αντικείμενο εστίασης της είναι οι PID ελεγκτές κλασματικής τάξης (FO-PID) που οδηγούν κάποιο plant/διεργασία που έχει μια προκαθορισμένη συνάρτηση μεταφοράς. Μελετήθηκαν και σχεδιάστηκαν κυκλώματα όπως τελεστικοί ενισχυτές (Opamps),ενισχυτές διαγωγιμότητας (OTAs) , τοπολογίες διαφοριστών και ολοκληρωτών κλασματικής τάξης βασισμένες σε τοπολογίες αναλογικών φίλτρων όπως για παράδειγμα πολλαπλής ανάδρασης IFLF (inverse follow-the-leader feedback) , καθώς και πυκνωτές κλασματικής τάξης. Αρχικά, αναλύθηκε και σχεδιάστηκε το κύκλωμα ενός τελεστικού ενισχυτή σε περιβάλλον χαμηλής τροφοδοσίας ±750mV το οποίο ισοδυναμεί και σε χαμηλή κατανάλωση ισχύος. Το φάσμα συχνοτήτων στο οποίο εργαζόμαστε είναι για 100mHz έως 10Hz και αυτό διότι με βάση την βιβλιογραφία τα κυκλώματα αυτά λειτουργούν στο συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων και αξιοποιούνται σε εφαρμογές για έλεγχο συστημάτων. Έπειτα, αναλύθηκαν και σχεδιαστήκαν διαφορές τοπολογίες για PID ελεγκτές με χρήση παθητικών στοιχείων. Η πρώτη τοπολογία σχεδιάστηκε με τέσσερις τελεστικούς ενισχυτές. Στην συνεχεία έγινε ελαχιστοποίηση σε τρεις τελεστικούς ενισχυτές και τέλος έγιναν ακόμα δυο ελαχιστοποιήσεις με δυο και με έναν τελεστικό ενισχυτή, οι οποίες συγκρίθηκαν ως προς την απόδοση τους και τον χώρο τον οποίο καταλαμβάνουν σε φυσικό σχέδιο και καταλήξαμε στην επικρατέστερη όπως θα δούμε στην συνέχεια. Στην σχεδίαση ολοκλήρου Chip είναι πολύ σημαντικός ο “χώρος” και η εξοικονόμηση του, επομένως όσο πιο μικρή η επιφάνεια την όποια δεσμεύει ένα κύκλωμα σε IC design τόσο το καλύτερο. Στην συνεχεία σχεδιάστηκε και αναλύθηκε το κύκλωμα ενός ενισχυτή διαγωγιμότητας (OTA) ο οποίος χρησιμοποιήθηκε στην συνεχεία σαν ενεργό στοιχειό σε συνδεσμολογία σαν αντίσταση στις τοπολογίες των PID που σχεδιαστήκαν. Οι πυκνωτές κλασματικής τάξης αρχικά σχεδιαστήκαν με παθητικά στοιχειά (αντιστάσεις, πυκνωτές). Έπειτα όμως σχεδιάστηκε ένα φίλτρο τοπολογίας IFLF που στην έξοδο του συνδέθηκε ένας μετατροπέας τάσης σε ρεύμα που σχεδιάστηκε με ενισχυτή διαγωγιμότητας (ΟΤΑ). Το κύκλωμα αυτό αντικατέστησε τους πυκνωτές κλασματικής τάξης. Εν κατακλείδι το τελικό κύκλωμα του FO-PID ελεγκτή περιέχει μόνο ενεργά στοιχειά και είναι και πλήρως ηλεκτρονικά ελεγχόμενος. Επιπρόσθετα σχεδιάστηκε και το φυσικό σχέδιο (Layout) αυτού του ελεγκτή και έγιναν post-layout προσομοιώσεις. Κάθε μέτρηση έγινε μέσω εξομοιώσεων (για την κάθε τοπολογία) με χρήση του λογισμικού Cadence IC. Έπειτα γίνεται σύγκριση των προσομοιώσεων και των αποτελεσμάτων που μας δίνει το MATLAB (θεωρητικά αποτελέσματα). Η τεχνολογία στην οποία σχεδιαστήκαν και προσομοιώθηκαν όλα τα κυκλώματα καθώς και το layout είναι η TSMC-90nm.	el
heal.advisorName	Σωτηριάδης, Παύλος-Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Ρουσσάκη, Ιωάννα	el
heal.committeeMemberName	Χριστοφόρου, Ευάγγελος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Επικοινωνιών, Ηλεκτρονικής και Συστημάτων Πληροφορικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	80 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false