Multirate Switched-Capacitor Circuits for 2-D Signal Processing

مدارهای خازن سوئیچ شده چندگانه برای پردازش سیگنال دو بعدی مفاهیم پردازش سیگنال چند نرخی آنالوگ را برای اجرای کارآمد فیلترینگ دو بعدی (2 بعدی) به شکل مدار مجتمع، به ویژه از دیدگاه های ناحیه سیلیکون و اتلاف توان. شبکه‌های خازن سوئیچ‌شده دو بعدی (SC) و تکنیک‌های طراحی جدید، هم با پاسخ ضربه محدود (FIR) و هم پاسخ ضربه نامحدود (IIR) با مخرج چند جمله‌ای قابل تفکیک ارائه شده‌اند که روش‌های سنتز ساده‌تر و سیستماتیک‌تری را نسبت به تکنیک‌های طراحی موجود ارائه می‌دهند. برای فیلترهای آنالوگ دو بعدی از آنجایی که آنها در حوزه زمان گسسته هستند، کتاب را می توان به پردازش سیگنال دیجیتال چند نرخی نیز اشاره کرد.
یک پردازشگر تصویر SC 2 بعدی که هر دو عملکرد فیلتر پایین گذر و بالاگذر Butterworth را برای سیگنال های تصویر ویدئویی انجام می دهد به عنوان یک نمونه اولیه مدار مجتمع که در فناوری CMOS 1.0-mum پیاده سازی شده است، ساخته شد. خصوصیات تجربی این تراشه نمونه اولیه امکان پردازش تصویر دو بعدی آنالوگ چند نرخی آنالوگ با دقت 8 بیتی معادل، با استفاده از تنها 2.5 x 3.0 میلی‌متر² از سطح سیلیکون را نشان می‌دهد و به همان میزان کمتر از بین می‌رود. 85 مگاوات در منبع تغذیه 5 ولت و نرخ نمونه برداری 18 مگاهرتز. این نشان می‌دهد که برای دقت متوسط ​​و پیچیدگی کم تا متوسط ​​عملکرد فیلتر، یک پیاده‌سازی آنالوگ کاملاً چند نرخی پتانسیل دستیابی به اجرای رقابتی‌تری نسبت به اجرای دیجیتال جایگزین VLSI دارد. با این حال، برای دقت بالا و/یا پیچیدگی پردازش بالاتر، نه تنها هزینه سربار نسبی مبدل‌های جلویی و بک‌اند کاهش می‌یابد، بلکه پیاده‌سازی هسته پردازشی در VLSI دیجیتال بیشتر از مقیاس‌بندی فناوری برای دستیابی به بالاتر سود می‌برد. چگالی ادغام
مدارهای خازن سوئیچ چندگانه برای پردازش سیگنال دو بعدی خواندنی ضروری برای تمرین مهندسان طراحی آنالوگ و محققان در این زمینه است. همچنین به عنوان متنی برای دوره های پیشرفته در این زمینه مناسب است.

Multirate Switched-Capacitor Circuits for 2-D Signal Processing introduces the concepts of analog multirate signal processing for the efficient implementation of two-dimensional (2-D) filtering in integrated circuit form, particularly from the viewpoints of silicon area and power dissipation. New 2-D switched-capacitor (SC) networks and design techniques are presented, both with finite impulse response (FIR) and infinite impulse response (IIR) with separable denominator polynomial, which offer simpler and more systematic synthesis procedures than currently available design techniques for 2-D analog filters. Since they are in the discrete-time domain, the book can be also referred to the digital multirate signal processing.
A 2-D SC image processor that realizes both (2 x 2)nd-order Butterworth lowpass and highpass filtering functions for video image signals was realized as a prototype integrated circuit implemented in 1.0-mum CMOS technology. The experimental characterization of this prototype chip demonstrated the feasibility of real-time analog multirate 2-D image processing with equivalent 8-bits accuracy, using only 2.5 x 3.0 mm² of silicon area and dissipating as little as 85 mW at 5V supply and 18 MHz sampling rate. This indicates that for moderate accuracy and low to moderate complexity of the filtering function, a fully multirate analog implementation has a potential to achieve a more competitive implementation than an alternative digital VLSI implementation. However, for high accuracy and/or higher processing complexity, not only the relative overhead cost of the front-end and back-end converters will diminish but also the implementation of the processing core in digital VLSI will benefit more of technology scaling to achieve higher density of integration.
Multirate Switched-Capacitor Circuits for 2-D Signal Processing is essential reading for practicing analog design engineers and researchers in the field. It is also suitable as a text for an advanced course on the subject.