فهرست مطالب

نشریه صنایع الکترونیک
سال دوازدهم شماره 2 (پیاپی 46، تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/24
  • تعداد عناوین: 8
|
  • زهرا اسدی، محمدباقر غزنوی قوشچی* صفحات 5-14

    در این مقاله یک مبدل سطح ولتاژ کم توان و سریع با محدوده تبدیل ولتاژ زیر آستانه به ولتاژ متعارف تکنولوژی هدف ارایه شده است. سریع و کم توان بودن مبدل پیشنهادی به دلیل ساختار اتصال متقابل پشته ای بهبود یافته است. به منظور کاهش بیشتر توان ناشی از جریان اتصال کوتاه، در خروجی از یک معکوس کننده با ورودی های مجزا استفاده شده است. برای کاهش سویینگ ولتاژ در حلقه فیدبک، و ایجاد اختلاف بین زمان روشن و خاموش شدن ترانزیستور های خروجی از ترانزیستور های اتصال دیودی در حلقه فیدبک استفاده شده است. نتایج شبیه سازی Post-layout در تکنولوژی استاندارد 180 nm CMOS نشان می دهند که مبدل پیشنهادی می تواند در تبدیل 4/0 ولت به 8/1 ولت در فرکانس یک مگاهرتز با توان مصرفی 23/89 نانووات و تاخیر انتشار 68/23 نانوثانیه صورت صحیح عمل نماید. این مدار با توجه به توان کم و رنج ولتاژهای کارکردی برای کاربردهای برچسب های اینترنت اشیا بخصوص در بخش جداسازی نواحی کم مصرف و با ولتاژ پایین از بخش های پر مصرف و با ولتاژ بالا قابل استفاده است.

    کلیدواژگان: سیستم های چند ولتاژی، مبدل سطح ولتاژ، طراحی کم-توان، طراحی زیر آستانه، اتصال متقابل پشته ای
  • رقیه دوست* صفحات 15-26

    در این مقاله تخمین گر جدیدی برای بهسازی گفتار با روش سنتز مبتنی بر کتاب کد ارایه می شود. در روش بهسازی گفتار مبتنی بر کتاب کد، جداسازی نویز و گفتار از یکدیگر انجام شده و با انتخاب بهینه اندیس های کتاب کد گفتار، سیگنال گفتار بهسازی شده سنتز می شود. از این رو با این روش می توان گفتارهای نویزی، با نسبت سیگنال به نویز کمتر از صفر دسیبل را بهسازی نمود. البته در این روش انتخاب صحیح اندیس های کتاب کد بسیار مهم است. از این رو در این مقاله تخمین گر بیشینه درست نمایی با اعمال وزن های بهبود دهنده کیفیت شنیداری، برای گفتار و نویز طراحی می شود. رابطه به دست آمده برای این تخمین گر به عنوان تابع فاصله در طراحی کتاب های کد نیز استفاده می شود. این روش برای گوینده-های مختلف و نویزهای گوناگون شبیه سازی شد. نتایج نشان می دهد که گفتار بهسازی شده با استفاده از تخمین گر بیشینه درست نمایی با وزن های کیفیت شنیداری نسبت به تخمین گر فاصله اقلیدسی، کیفیت شنیداری بهتری دارد. همچنین روش ارایه شده در برخورد با نویزهای غیرایستان یا ایستان و نسبت سیگنال به نویز منفی (یا مثبت) موفق تر از روش های دیگر عمل می کند. هزینه بهسازی با کیفیت برتر در این روش، نیاز به زمان نسبتا طولانی برای بهسازی است.

    کلیدواژگان: بهسازی گفتار، کتاب کد، نسبت سیگنال به نویز(SNR)، سنتز گفتار
  • احسان طالبی، علی فتاح*، ولی ورمزیاری صفحات 27-34
    در این تحقیق یک حسگر گاز با حساسیت و سرعت پاسخدهی بالا مبتنی بر اتصال ناهمگون پیشنهاد شده است. برای پیاده سازی اتصال شاتکی ناهمگون طلا/نانولوله کربنی/تیتانیوم، نانولوله های کربنی به روش لایه نشانی بخار شیمیایی تقویت شده با پلاسما بر روی زیرلایه اکسیدسیلیکن، بصورت عمودی رشد یافتند. برای مطالعه مشخصه های سطحی ساختار، عکس برداری الکترون روبشی برای نشان دادن تراکم و رشد منظم نانولوله ها انجام شد. فلزهای تیتانیوم و طلا به ترتیب برای ایجاد اتصال های شاتکی و اهمی استفاده شدند. نمونه حسگر ساخته شده در معرض غلظت های 500، 1000 وppm 1500 از گازهای نیتروژن و دی اکسیدنیتروژن قرارگرفت. برای غلظت ppm 500 به ترتیب زمان های پاسخ و بازیابی 85 و 154 ثانیه برای گاز دی اکسیدنیتروژن و 97 و 190 ثانیه برای گاز نیتروژن اندازه گیری شدند. براین اساس سرعت پاسخدهی و بازیابی این حسگر نسبت به ساختارهای مشابه در وضعیت بهتری قرار دارد. همچنین مشاهده شد که حسگر در مقابل غلظت ppm 1500 از گازهای NO2 و N2، به ترتیب حساسیت های %5/13 و %5/33 را از خود نشان می دهد که در مقایسه با میزان حساسیت به گازهای CO و H2S، موید مناسب بودن این ساختار برای کاربردهای حسگری گاز نیتروژن است.
    کلیدواژگان: حسگرگاز، حساسیت بالا، اتصال ناهمگون، پاسخدهی سریع، نانولوله کربنی
  • حسین اسکندری، مریم ایمانی*، محسن پارسا مقدم صفحات 35-46
    پیش بینی بار الکتریکی مصرفی برای عملکرد مطمین سیستم های قدرت و همچنین برای برنامه ریزی مدیریت تقاضا و ذخیره بار حیاتی است. در این مقاله پیش-بینی بار با استخراج ویژگی های تاریخچه بار مصرفی با استفاده از شبکه های عصبی عمیق انجام شده است. شبکه های عصبی بازگشتی ، به ویژه شبکه های عصبی بازگشتی بهبود یافته، مانند LSTM و GRU قادر به نگه داشتن حافظه کوتاه مدت و طولانی هستند تا روابط بین مقادیر بار را از سری زمانی استخراج کنند. از طرف دیگر، شبکه های عصبی کانولوشنی قادر به یادگیری خودکار ویژگی ها هستند و می توانند مستقیما یک بردار را برای پیش بینی تولید کنند. روش پیشنهادی این مقاله، استخراج ویژگی های بار با استفاده از شبکه های عصبی کانولوشن و سپس استخراج اطلاعات توالی زمانی بار با بهره گیری از شبکه GRU است. نتایج آزمایش ها بر روی سه مجموعه داده Toronto و ISO-NE و North American Utility نشان دهنده کاهش خطای پیش بینی روش پیشنهادی در مقایسه با سایر روش های رقیب است.
    کلیدواژگان: پیش بینی بار الکتریکی، یادگیری عمیق، شبکه های عصبی کانولوشنی، شبکه های بازگشتی بهبود یافته، خطای پیش بینی
  • حسین خرمی کیا، سید محمد دهقان*، سعید حسن زاده صفحات 47-60
    ریزشبکه های DC با توجه به بازدهی بالا، قابلیت اطمینان قابل توجه و همچنین اتصال آسان به اکثر منابع انرژی، در مقایسه با ریزشبکه های جریان متناوب محبوبیت زیادی را به دست آورده اند. در این ریزشبکه ها، اشتراک گذاری قابل کنترل بار بین منابع و همچنین حفظ ولتاژ باس مشترک از مهم ترین موارد چالش برانگیز بشمار می روند. دو کنترل کننده افت کلاسیک و کنترل کننده متمرکز برای تحقق این اهداف معرفی شده اند. اگرچه کنترل کننده های متمرکز دقت بالاتری در پیاده سازی اهداف مذکور دارند ولی به دلیل نیاز به شبکه ارتباطی با سرعت بالا برای ارتباط بین مبدل ها، از قابلیت اطمینان پایین رنج می برند. در این مقاله، جهت افزایش کارایی روش کنترل افت کلاسیک، یک روش کنترل مبتنی بر منطق فازی برای کنترل ریزشبکه جریان مستقیم معرفی می شود. در روش پیشنهادی، ضرایب کنترل کننده بازیابی ولتاژ و متوسط جریان توسط کنترلکننده فازی تعیین می گردد که باعث می شود ریزشبکه در حالت های مختلف بار و امپدانس های متفاوت خط، اشتراک گذاری جریان بار و بازیابی ولتاژ باس مشترک را به خوبی انجام دهد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که کنترل کننده پیشنهادی باعث افزایش دقت اشتراک گذاری جریان و همچنین بازیابی مناسب ولتاژ می شود.
    کلیدواژگان: ریزشبکه جریان مستقیم، کنترل کننده PID، کنترل کننده فازی، بازیابی ولتاژ، اشتراک گذاری جریان
  • میلاد تکجو، شهباز ریحانی* صفحات 61-70
    در این مقاله یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) هشت بیتی که با استفاده از یک ثبات تقریب متوالی (SAR) بهبود یافته طراحی شده، معرفی می شود. در ساختار پیشنهادی مبدل SAR از انتگرال گیری که با یک مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) ادغام شده، استفاده می شود. وجود انتگرال گیر در ورودی ADC نیاز به مدار نمونه بردار و نگهدار را برطرف کرده و برای تولید سطوح مختلف ولتاژ در DAC از آن استفاده می شود. بدین ترتیب آلگوریتم تقریب متوالی طوری در ساختار پیشنهادی طوری بهبود یافته که با تعداد خازن های کمتری در DAC، سطوح ولتاژ مورد نیاز فراهم می شوند. بنابراین با یک آرایه خازنی کاهش یافته در DAC پیچیدگی مدار کاسته شده و سطح سیلیکون کمتری اشغال می شود. مبدل پیشنهادی عملیات تبدیل ورودی آنالوگ را به کد دیجیتال در 10 پالس ساعت به اتمام می رساند. برای بررسی روش پیشنهادی، مدار مربوط به مبدل SAR در سطح ترانزیستوری با استفاده از تکنولوژی CMOS 0.18 میکرومتر با ولتاژ تغذیه 1.8 ولت طراحی و شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که نسبت سیگنال به نویز و اعوجاج برای پهنای باند ورودی 640 کیلوهرتز 48.3 دسی بل، بیت موثر 7.74 بیت و مصرف توان 0.85 میلی وات می باشند.
    کلیدواژگان: مبدل آنالوگ به دیجیتال، مبدل دیجیتال به آنالوگ، آلگوریتم تقریب متوالی، آرایه خازنی کاهش یافته
  • زهرا شیرمحمدی*، مجتبی فرمانی صفحات 71-84
    در ساختار شبکه های روی تراشه سه بعدی، چندین لایه از اجزاء، بر روی هم قرار می گیرند. ارتباط بین این لایه ها از طریق اتصالات عمودی بین لایه ای برقرار می شود. یکی از مهمترین چالش هایی که کارکرد یک سیستم مبتنی بر شبکه های روی تراشه ی سه بعدی را با مخاطره مواجه می سازد، اشکال همشنوایی است.این کدینگ با کاهش پر تاخیر ترین الگو، اشکال همشنوایی را در شبکه های روی تراشه ی سه بعدی با حداقل ممکن سربار مساحت و انرژی مصرفی کاهش می دهد. ایده اصلی این است که ابتدا داده هایی که قرار است از لایه x به سمت لایه y انتقال داده شوند، در میانگیرهای موجود در راهگزین های لایه x قرار می گیرند، سپس واحد شمارنده به اندازه گیری میزان و شمارش گذارهای کلاس 4C پرداخته و با دادن سیگنالی به واحد کراس بار، نحوه چینش نهایی داده ها را برای ارسال به لایه ی y مشخص خواهد کرد. همزمان با ارسال این سیگنال کنترلی، سیگنال دیگری از طریق این واحد به سمت رمزگشا در گیرنده ارسال خواهد شد تا بازیابی داده های اصلی توسط این بخش انجام گیرد.نتایج شبیه سازی بهبو د میزان سربارها را نسبت به سایر روش‍ها نشان می دهد
    کلیدواژگان: تراشه سه بعدی، اتصالات عمودی بین لایه ای، اشکال همشنوایی، افزایش قابلیت اطمینان، کاهش انرژی مصرفی
  • محمدمحسن اتابکی، محمدکاظم توسلی*، عباس بهجت، مرضیه حسنی ندیکی صفحات 85-90

    دورسازی انتشار امواج (آنتن) از فرستنده-گیرنده بدون آنکه اختلالی در عملکرد سامانه های مبتنی بر انتشار امواج ایجاد کند، یکی از نیازهای کلیدی برای بسیاری از بهره برداران از جمله سازمان های نظامی، درمانی و متولیان تبادل اطلاعات و ارتباطات می باشد.در کنار همه مطالعات انجام شده برای دست یابی به این مهم، بهره گیری از سامانه های الکترواپتومکانیک، با طراحی و تدابیر خاص می-تواند یک راهبرد اساسی در این زمینه محسوب شود، اما بکارگیری آنها مستلزم آنست که در شرایط محیطی مختلف، بازدهی سامانه دچار اختلال نشود.دو عامل محیطی تاثیرگذار بر بازدهی، تاثیرتغییرات فشار هوا و دما است. در این مقاله تاثیر این دو عامل کلیدی، بصورت مطالعه موردی بر روی بازدهی یک سامانه الکترواپتومکانیک، مورد بررسی و تجزیه تحلیل قرار گرفته و نشان داده می شود تاثیر تغییرات فشار هوا بر بازدهی سامانه مورد مطالعه، بسیار قابل توجه است و تاثیر تغییرات دما بستگی به نوع دی الکتریک خازن سامانه دارد که در طراحی و ساخت آنها می بایست مد نظر قرار گیرد.

    کلیدواژگان: تبدیل امواج رادیویی به نور، سامانه الکترواپتومکانیک، بازده، فشار هوا، دما
|
  • Zahra Asadi, M. B. Ghaznavi Ghoushchi * Pages 5-14

    This paper presents a low-power and fast voltage level shifter that can convert sub-threshold logic levels to the conventional level of target technology. The proposed design performs fast and low-power operations due to the improved stacked-based cross-coupled structure. In order to reduce the power consumption caused by the short-circuit current at the output driver stage, the output inverter is modified to have phase-changed inputs on PMOS and NMOS transistor gates. Additional diode-connected transistors in the feedback loop are used to reduce the voltage swings in the feedback loop, and to make a difference between the on and off time of the output transistors. Post-layout simulation results on standard 180 nm CMOS technology show that the proposed level shifter can convert 0.4V to 1.8V at a frequency of 1MHz with a power consumption of 89.23nW and a propagation delay of 23.68ns correctly. The proposed design is suitable for Internet-of-Things (IoT) sensor tags due its low-power and converted voltage levels with emphasis on the boundary of low-voltage low-power and normal-voltage high-performance sub-units.

    Keywords: Multi-supply voltage system, Level shifter, Low-power design, Sub-Threshold Operation, Stack cross-coupled structure
  • Roghayeh Doost * Pages 15-26

    This paper presents a new estimator for the speech enhancement using codebook. Codebook-based speech enhancement method separates the noise and speech from each other and synthesizes the enhanced speech signal by optimally selecting the speech codebook indexes. This method can enhance the noisy speech with signal to noise ratio of less than zero decibel. In this method it is very important to select the correct codebook indexes. Therefore, in this paper, the maximum likelihood estimator is proposed for speech and noise by applying auditory quality-enhancing weights. The relation of this estimator is also used as a distance function in the design of codebooks. This method is simulated for different speakers and noises. The results show the proposed maximum likelihood estimator leads to better speech enhancement than the euclidean distance estimator. The proposed method is also more successful in dealing with non-stationary or stationary noises and negative or positive SNRs than other methods. The cost of the superior quality enhancement in this method is the requirement to a relatively time-consuming signal processing.

    Keywords: Speech Enhancement, Codebook, Signal to Noise Ratio, Speech Synthesis
  • Ehsan Talebi, Ali Fattah *, Vali Varmazyari Pages 27-34
    In this research, a fast responsive and highly sensitive hetero structure gas sensor is proposed. To fabricate Au/CNT/Ti heterojunction Schottky structure, vertically aligned carbon nanotubes (VACNTs) were deposited on silicon oxide substrate between two metal electrodes using plasma-enhanced chemical vapor deposition method. To study the surface characteristics of the structure, Scanning Electron Microscopy analysis was performed to show the density and well-aligned growth of CNTs. The Titanium and gold metals were used as the electrodes to form schottky and ohmic contacts, respectively. The fabricated sample was exposed to 500, 1000 and 1500 ppm concentrations of N2 and NO2 gases. The response and recovery times of 85 and 154 sec for NO2 and 97 and 190 sec for N2 were measured, respectively. On this basis compare to similar structures, the response and recovery times of the fabricated sensor are shorter. It is observed that the sensitivity of 13.5% and 33.5% occurs for 1500 ppm of NO2 and N2, respectively, which in comparison with the sensistivity to CO and H2S gases, proves that the fabricated structure is suitable for Nitrogen detection applications.
    Keywords: Gas Sensor, Highly Sensitive, Hetero-junction, Fast Responsive, Carbon Nanotubes
  • Hosein Eskandari, Maryam Imani *, Mohsen Parsa Moghaddam Pages 35-46
    Forecasting the consumed electrical load is critical for reliable operation of power systems as well as for management of planning and load storage. In this paper, short-term load forecasting is performed by extracting the characteristics of the load history using deep neural networks. Recurrent neural networks, especially improved recurrent neural networks such as LSTM and GRU, are able to retain short-term and long-term memory to extract the relationships between load values from the time series. On the other hand, convolutional neural networks are able to automatically learn features and can directly generate a vector for prediction. The proposed method is to extract the load characteristics using convolutional neural networks and then extract the load sequence information using the GRU network. The results of experiments on three data sets, Toronto, ISO-NE, and North American Utility, show a decrease in the forecasting error of the proposed method compared to other competitor methods.
    Keywords: Load Forecasting, Deep Learning, Convolutional Neural Networks, Improved Recurrent Neural Networks, Forecasting Error
  • Hossein Khoramikia, Seyed Mohammad Dehghan *, Saeed Hasanzadeh Pages 47-60
    The DC microgrids in comparison with AC microgrids offer high efficiency, high reliability and also easy connection to most of energy resources. In DC microgrids, equal load sharing between resources and also regulation of DC bus voltage are important issues. Two control methods including droop control and centralized control have been introduced to handle these issues. Although the centralized controllers have high accuracy for microgrid control, this control method needs a high bandwidth communication link between the converters, hence the reliability of this method is low. For increasing performance of the droop control method, this paper introduces a new approach based on fuzzy logic control. In the proposed method, parameters of voltage restoration and current average controllers are determined by a fuzzy controller which causes the microgrid be properly controlled in different load conditions and line impedances. The proposed method has be simulated in MATLAB/Simulink environment. The simulation results show that the proposed controller causes enhanced load sharing accuracy and voltage restoration
    Keywords: DC Microgrid, PID Control, Fuzzy control, Voltage Restore, Load Sharing
  • Milad Takjoo, Shahbaz Reyhani * Pages 61-70
    This paper presents an 8-bit analog-to-digital converter (ADC) designed using an improved successive approximation Register(SAR). The proposed structure of the SAR converter uses an integrator embedded with a digital-to-analog converter (DAC). The presence of an integrator at the input of the ADC eliminates the need for a sample and hold circuit and is used to generate different voltage levels in the DAC. Thus, the successive approximation algorithm in the proposed structure has been modified to provide the required voltage levels with a few number of capacitors in the DAC. Therefore, the complexity of the circuit is reduced and less silicon is occupied due to a reduced capacitive array in DAC. The proposed ADC completes the analog input to digital code conversion in 10 clock pulses. In order to study the proposed method, the SAR ADC is designed and simulated at the transistor level in 0.18 μm CMOS technology at 1.8 V supply voltage. The simulation results show that the ratio of signal to noise and distortion (SNDR) for input bandwidth of 640 kHz is 48.3 dB, effective number of bit (ENOB) and power consumption are 48.3 dB, 7.74 bits and 0.85 mW, respectively.
    Keywords: Analog to digital converter, Digital to analog converter, Successive approximation algorithm, Reduced capacitive array
  • Zahra Shirmohammadi *, Mojtafa Farmani Pages 71-84
    In the structure of 3D ICs, several layers of components are placed on top of each other. The connections between these layers is through vertical layers of interconnections. One of the major challenges that can threaten the reliability of a grid-based system on a three-dimensional chip is crosstalk Fault. Crosstalk fault in 3D ICs, is depending on the ranking of their transition patterns that greatly challenges the reliability, efficiency and Energy of the 3D ICs. The purpose of this paper is to present and investigate coding, called disturbance coding. By reducing the most delayed pattern, this coding mechanism reduces crosstalk in 3D ICs with the least possible overhead and power consumption. The basic idea is that first the data to be transferred from layer x to layer y is placed in the intermediates in the layer x solutions, then the counter unit measures the amount and counts of 4C class transitions and gives a signal to the unit. The crossbar will specify the final arrangement of the data to be sent to the y layer. Simultaneously with sending this control signal, another signal will be sent through this unit to the decoder in the receiver to retrieve the original data by this section. The simulation results show the amount of overhead compared to other methods.
    Keywords: 3D IC, Through-Silicon Via (TSV), Crosstalk Fault, Reliability Improvement, Energy Reduction
  • Mohammadmohsen Atabaki, Abbas Behjat, M. Hassani Nadiki Pages 85-90

    Making distance between the antenna and the transmitter-receiver, without disrupting the performance of wave propagation systems, is a key requirement for many exploiters, including military, medical, and information and communication organizations.In addition to all the studies done to achieve this important goal, the use of electro-optomechanical systems with special design and measures can be considered as a basic strategy in this field, but their use requires that the efficiency of the system is not compromised in different environmental conditions. Two environmental factors affecting efficiency are the effect of changes in air pressure and temperature. In this paper, the effect of these two key factors, as a case study on the efficiency of an electro-optomechanical system, has been studied. The results show that the effect of changes in air pressure on the efficiency of the system under study is very significant and the effect of temperature changes depends on the dielectric type of the system capacitor, which must be considered in their design and construction.

    Keywords: Radio-to-light waves conversion, Electro-optomechanical system, Efficiency, Air pressure, Temperature