بخشی از مقاله
چکیده:
این طرح یک فیلتر زمان پیوسته Gm-c می باشد.که با استفاده از تکنولوژي - 0/18 - ʽm انجام پذیرفته است. در این طرح منبع تغذیه به 1.5V کاهش یافته است و به تبعیت از این تکنولوژي مقادیرW/L ها نیز کاهش یافته است. در ضمن با توجه به کاهش منبع تغذیه توان مصرفی مدار پیشنهادي نیز کاهش می یابد.
-1 مقدمه:
در سیستم هاي مخابراتی و الکترونیکی براي جدا سازي سیگنال هاي مورد نظر از کل سیگنال ورودي که معمولا شامل چند فرکانس است از بلوکهاي فیلتر استفاده می شود . باتوسعه روز افزون تکنولوژي CMOS طراحی فیلتر ها توسط این تکنولوژي لازم به نظر می اید یکی از چالش هاي مهندسین الکترونیک و مخابرات طراحی فیلتر تحت تکنولوژي CMOS با توان مصرفی پایین و رفتار فرکانسی ایدال است.
به طور کلی 2 روش براي پیاده سازي فیلترهاي آنالوگ وجود دارد:
-1 مدارات سوییچ خازنی: این فیلترها بر روي سیگنال هاي زمان گسسته عمل می کند.
مصرفی این فیلترها از مشابه سوئیچ خازنی آن بیشتر شود. همچنین دقت این فیلترها تا حدودي کمتر از سوئیچ خازنی است.[5-1] به طور کلی عملکرد فیلترهاي Gm-C مبتنی بر انتگرال گیرهاي زمان پیوسته می باشد و معادلات حاکم بر انتگرال گیر به صورت زیر است :
شکل-1 انتگرال گیر زمان پیوسته - Gm-C -
-2 فیلترهاي زمان پیوسته: - با عنصر گسسته - R,L,C یا به صورت فیلترهاي مجتمع Gm-C
در روش پیاده سازي به صورت زمان گسسته، با استفاده از نمونه برداري از سیگنال و مدارات سوئیچ خازنی خروجی گسسته زمان تولید می شود. مهمترین اشکال مدارات سوئیچ خازنی آن است که توانایی پردازش سیگنال ها در فرکانس هاي بالا را ندارد. جهت برطرف کردن این عیب از فیلترهاي زمان پیوسته Gm-C استفاده می شود. از آن جا که در این فیلترها نیازي به نمونه برداري از سیگنال نیست این فیلترها قادر به عملکرد در فرکانس هاي بالا می باشند
-2 مدار پیشنهادي
در این مقاله هدف پیاده سازي یک فیلتر Gm-C مرتبه 2 - biquad - است که روابط آن براساس انتگرالگیرهاي Gm-C به صورت زیر ارائه شده است . که به ترتیب Q،wX فرکانس تشدید و ضریب کیفیت مدار هستند همچنین نمایانگر پهناي باند فیلتر است. دراینجا ضرایب K2,K1,K0 ضرایبی اختیاري هستند که محل صفرهاي فیلتر درجه 2 را تعیین می کنند و با توجه به مقدار این ضرایب فیلتر، انواع حالات فیلتري به صورت BP,LP,HP خواهد بود. این یکی از مزایاي فیلترهاي زمان پیوسته است و از آنجائیکه این فیلترها نیاز به نمونه برداري ندارند و از نظر سرعت، عملکرد بهتري نسبت به مدارهاي SC دارند. اما به هر حال از معایب این فیلترها نیاز به مدارهاي تنظیم کننده است، چرا که ضرایب این فیلترها توسط حاصل ضرب دوالمان نامشابه GM-C بدست می آیند. و توان مصرفی این فیلترها نسبت به مدارات سوئیچ خازنی بالاست .
گراف SFG این مدار به صورت زیر می باشد :
شکل-2 گراف سیگنال فیلتر
یک فیلتر درجه دوم مد جریان که بر پایه طرح - KHNکه یک فیلتر مد ولتاژ است - در این طرح توصیف شده است.
در فرم عمومی مدار شامل 5 عدد OTA و دو عدد خازن زمین شده است. این فیلتر به طور همزمان داراي سه خروجی BP,LP,HP است که براي بارهاي مستقل قابل دستیابی است. از مزایاي دیگر این طرح آن است که ضریب کیفیت فیلتر می تواند به طور مستقل از فرکانس قطب فیلتر به صورت الکتریکی تنظیم شود. مدارهايCM-C یک تکنیک عمومی براي پیاده سازي فیلترهاي فرکانسی مجتمع را ارائه می کنند.
فیلترهاي درجه 2 معمولاً بر اساس استفاده از دو انتگرال گیر در حلقه فیدبک به صورت کسکود طراحی می شونداین. بلوك ها معمولاً از OTA ها ساخته می شوند که می تواند در مد عملکردي جریان یا ولتاژ طراحی شوند. بدلیل این که حالتمد ولتاژ این مدارات معمولاً منجربه استفاده از شمار نسبتاً زیادي از عناصر فعال می شود، مد جریان با استفاده از OTAهاي داراي چند خروجی - - MO توپولوژي هاي با صرفه اقتصادي بیشتري هستند.
شکل-3 مدار پیشنهادي
در این طرح ورودي از جنس جریان است و با استفاده از قانون جمع آثار در جریان هاي ورودي و خروجی OTAهاي چند خروجی می توان همه توابع تبدیل پایه در فیلترهاي درجه 2 را نتیجه گرفت. اشکال اساسی این توپولوژي ها حساسیت زیاد توابع تبدیل بدست آمده از جمع آثار به خطاهاي تطبیق است. خطاهاي تطبیق جریان بوسیله تکنولوژي CMOS تولید میشوند که می تواند به مولفه هاي زائد در پاسخ فرکانسی منجر شود. طرح هاي اشاره شده در مراجع نیز به لحاظ ساختار تا حد بسیار زیادي شبیه طرح پیشنهادي است با این تفاوت که در این طرح انواع توابع تبدیل براي فیلترهاي BP,LP,HP به طور مستقل از هم قابل اجرا است و بدینوسیله پیاده سازي فیلتر چندحالته میسر گردیده است.
ضریب کیفیت و پهناي باند این فیلتر می تواند بوسیله ترا رسانایی یک یا دو OTA بدون برهم خوردن فرکانس تشدید فیلتر اصلاح شود. همچنین، بهره همه بخش هاي BP,LP,HP در جهت کنترل الکتریکی پارامترهاي فیلتر ثابت است. با قرار دادن تنظیم W0 بدون تأثیر Q انجام می شود. پارامتر Q یا B به طور مستقیم با متناسب است بدون اینکه به فرکانس W0 وابستگی داشته باشد. مدار کمکی شامل OTA شماره 3 و 4 یک تقویت جریان باگین b= را براي اتصال بین خروجی OTA1 و وردي OTA0 وصل میکند تا باز هم فیلتربا معادله - 3 - و b=1 قابل توصیف باشد. چنانچه OTA0 را حذف کنیم مدار حاصل نقطه خروجی HP را از دست می دهد.
-3 نتایج شبیه سازي با استفاده از HSPICE
در این طرح از OTA هاي CMOS مطابق شکل 4 جهت پیاده سازي بلوك Gm استفاده شده است. همچنین از تکنولوژيʽm 0/18 جهت پیاده سازي و شبیه سازي مدار استفاده شده است. نسبت ها در جدول شماره 1 ارائه شده است. در این مدار جریان بایاس از درنظر گرفته شده و همچنین منبع ولتاژ تغذیه می باشد.
شکل-4 مدار OTA جهت استفاده در بلوك Gm
همچنین، شبیه سازي مدار توسط نرم افزار HSPICE در شکل 5، ارائه گردیده است. همانگونه که در شکل5 مشخص است مدار ارئه شده در این مقاله قادر است کلیه حالتهاي فیلتري بحث شده را به صورت یکجا پیاده سازي نماید.
شکل-5 نتایج شبیه سازي پاسخ فیلتر
-4 نتیجه گیري
با مشاهده نتایج شبه سازي هاي ارائه شده در این مقاله مشخص میشود که استفاده از طرح خازن هاي زمین شده براي مدار هاي مجتمع یک مزیت به حساب می آید. همچنین با استفاده از مدار مورد بررسی در این مقاله کلیه توابع تبدیل BP-LP-HP به صورت یکجا توسط مدار پیشنهادي قابل پیاده سازي هستند. به علاوه، توابع تبدیل All pass – BP با اتصال هاي مناسب توسط خروجی هاي موجود قابل پیاده سازي هستند.
