بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک فیلتر OTA-C چند حالته با چند خروجی از نوع چبیشف با دو بلوک OTA و دو عدد خازن طراحی شده که دارای یک ورودی و پنج خروجی میباشد. با اتصال صحیح ورودی توسط یک سوئیچ به مدار میتوان در خروجی پاسخهای پایینگذر، بالاگذر، میانگذر، میاننگذر و تمامگذر را بدون هیچگونه تغییری در ساختار، بدست آورد.
از مزایای این فیلتر توان مصرفی و حجم فوقالعاده کم آن بوده، که منجر به کاهش هزینههای ساخت میشود. این فیلتر برای مداراتی که امکان دسترسی محدود به منابع انرژی را دارند؛ مانند دستگاههای قابل حمل که از باتری به عنوان منبع تغذیه استفاده میکنند و همچنین در دستگاههای پزشکی که نیاز به تراشهای با مصرف بسیار کم دارند و همینطور سیستمهای نظامی که نیازمند نویز کم و دقت بالا هستند، حائز اهمیت میباشد.
در مقایسه با آخربن مقالاتی که در این زمینه مطرح شدهاند، توان مصرفی مدار پیشنهادی در مجموع با کاهش 44/54 درصدی برابر با 137/64ʽw میباشد که به مقدار قابل توجهی کاهش یافته است؛ فرکانس مرکزی نیز با افزایش بیش از 15 برابری به مقدار 63/09MHz رسیده و همچنین میزان نویز به مقدار 6/982√ کاهش یافته است. این نتایج نشان دهنده دقت بالا و عملکرد بهتر مدار پیشنهادی نسبت به دیگر مدارات پیشنهاد شده میباشد. این مدار با نرمافزار HSPICE با تکنولوژی 0/18 ʽm شبیهسازی شده است.
.1 مقدمه
فیلترهای Gm-C که با نام OTA-C نیز شناخته میشوند و به وسیله ماسفتها بر اساس تکنولوژی CMOS طراحی میشوند. به دلیل مشخصات مطلوب OTA مانند تنظیمپذیری خطی بالا، تنظیمپذیری الکترونیکی بالا، عمل در هر چهار مد و نیز رنج فرکانسی بسیار زیاد، این المان امروزه بیشتر مورد توجه قرار میگیرند.
این مدارات با توجه به تعداد ورودی و خروجی، به سه دسته اصلی تقسیم میشوند:
1SIMO یک ورودی و چند خروجی
2MISO چند ورودی و یک خروجی
3MIMO چند ورودی و چند خروجی
OTAها با توجه به طراحی داخلی خود به چهار دسته اصلی تقسیم میشوند که عبارتند از:
مد ولتاژ: که در این مدل سیگنال ورودی با نمونهبرداری از ولتاژ ورودی و سیگنال خروجی از نوع ولتاژ میباشد. مد ادمیتانس انتقالی: که در این مدل سیگنال ورودی با نمونهبرداری از ولتاژ ورودی و سیگنال خروجی از نوع جریان میباشد.
مد جریان: که در این مدل سیگنال ورودی با نمونهبرداری از جریان ورودی و سیگنال خروجی از نوع جریان میباشد.
مد امپدانس انتقالی: که در این مدل سیگنال ورودی با نمونهبرداری از جریان ورودی و سیگنال خروجی از نوع ولتاژ میباشد.
از جمله روشهای موجود و قابل استفاده در مدارات مجتمع استفاده از چند مدار فیلتر به صورت مجزا برای دریافت پاسخ فرکانسیهای مختلف میباشد. هر چند که این روش از نظر تحلیلی بسیار آسان است ولی از نظر تعداد المانهای مصرفی که باعث حجیم شدن مدار و افزایش توان مصرفی میشود، در مدارات مجتمع پیشرفته قابل استفاده نمیباشد.
در مقاله [1] از یک مدار فیلتر چند حالته SIMO، با چند خروجی و تنها با یک ورودی و با توان مصرفی بالا پیشنهاد شده است. با کاهش ترانزیستورهای مدار که منجر به بهبود بلوکهای OTA میگردد میتوان به توان مصرفی پائینتری دست یافت. که به علت کاهش قطعات مدار و از بین رفتن خازنهای پارازیتیک داخلی این المانها پهنای باند افزایش یافته و راندمان مدار بهبود مییابد.
.2 ساختار فیلتر
طرح شماتیک فیلتر پایه چند طبقه با چندین مد در شکل 1 نشان داده شده است. این مدار از یک OTA با چند خروجی که طبقه nام را ایجاد و چندین OTA تک خروجی، بر اساس نیاز تعداد طبقات n-1 استفاده شده است. در این فیلتر با تغییر در OTAهای به کار رفته و کاهش المانهای فعال مدار میتوان خازنهای پارازیتیک را کاهش داد و در نتیجه توان مصرفی و ولتاژ تغذیه میتواند به مقدار قابل توجهی کاهش یابد؛ از طرفی با این تغییرات دامنه کاری مدار به مقدار قابل ملاحضهای افزایش پیدا میکند.
شکل.1 ساختار پایه فیلتر Gm-C، n طبقه [1]
همانطور که در شکل 1 آمده است، , −1 , … , 1 , ′ و , −1 , … , 0 , ′ ورودیهای جریان و ولتاژ فیلتر هستند که توابع فیلترهای پائینگذر، بالاگذر، میانگذر، میاننگذر و تمامگذر را ایجاد میکنند. و جریان خروجی و ولتاژ خروجی فیلتر میباشد. تابع تبدیل عمومی فیلتر n طبقه مطابق با روابط زیر است:
به طوری که , −1, … , 0 ضرایب ثابت فیلتر هستند و به عنوان متغیرهای طراحی در نظر گرفته میشوند. پارامترهای اصلی فیلتر 0, میباشند که در این مدار با تغییر و مقدار ظرفیت خازن Ci قابل کنترل هستند. با استفاده از معادلات بالا توابع مختلف فیلتر محاسبه میشوند.
اگر 1 = 2 = ⋯ = = ′ = 0 باشد وارد مد ولتاژ و رسانایی میشویم که پاسخ مدار در حالتهای مختلف به صورتهای زیر میباشد.
