بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، یک مدار جهت پیاده سازی فیلترهای فعال - - gm- c چند منظوره1 با توان مصرفی پایین و قابلیت تنظیم وسیع فرکانس مرکزی معرفی شده است. فیلتر مرتبه دو ارائه شده در هر چهار مد ولتاژ، جریان، ترارسانایی و ترامقاومتی عمل کرده و تمامی پاسخهای فیلتری: پایین گذر2، بالاگذر3، میان گذر4، میان نگذر 5 و تمام گذر6 را دارا میباشد. به دلیل استفاده از یک مدار ضرب کننده خازنی7 امکان تنظیم الکترونیکی فرکانس مرکزی - W0 - در کل پهنای باند فیلتر میسر شده است.
ویژگی دیگر این فیلتر قابلیت تنظیم الکترونیکی ضریب کیفیت - Q - میباشد. همچنین، استفاده از تکنیک راهاندازی OTA از طریق بدنه منجر به کاهش توان مصرفی فیلتر گردیده است. در نهایت فیلتر ارائه شده توسط نرم افزار Hspice در تکنولوژی - 0.18 m CMOS - level 49، شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان میدهد، با منبع تغذیه ± . و با انتخاب کردن مقادیرخازنهای = =1 pf توان مصرفی کل فیلتر 138 w و تنظیم پذیری فرکانس مرکزی در محدوده 100Khz تا 2.1Mhz میباشد.
-1 مقدمه
در بسیاری از سیستمها به ویژه سیستمهای مخابراتی و الکترونیکی نیازمند آن هستیم که از بین چندین سیگنال یک سیگنال با فرکانس خاص را جدا کرده و مورد پردازش قرار دهیم. برای رسیدن به این خواسته از فیلتر استفاده میشود تا توسط آن طیف یک سیگنال را تغییر دهیم، برخی از طیفها را حذف کنیم و یا تنها طیف خاصی را در خروجی دریافت کنیم. از این رو فیلترها کاربرد فراوانی در مدارهای مخابراتی و الکترونیکی، پزشکی، سیستمهای بیسیم و ... دارند.
فیلترها به شکلهای مختلفی پیادهسازی میشوند. در [1-12]، چند نمونه فیلتر فعال با تکنیکهای گوناگون ارائه شده است. در [13]، راهکاری برای یک تقویت کننده عملیاتی با استفاده از تکنیک راهاندازی از طریق بدنه که در ناحیه زیر آستانه کار میکند ارائه میدهد. از این طراحی در تجهیزات قابل حمل الکترونیکی و در کاربردهای مهندسی پزشکی استفاده میشود و دارای پهنای باند محدودی میباشد. در [14]، فیلتر چند حالتهی gm-c مد جریان با امکان تنظیم فرکانس مرکزی و ضریب کیفیت مطرح شده، به نحوی که ضریب کیفیت با تغییر خازن تنظیم8 یا تغییر gm قابل تغییر است. در [15]، یک نوع gm تنظیمپذیر که از تکنیک افزایش بهره9 استفاده میکند ارائه شده است.
مقاومت خروجی را با تکنیک افزایش بهره افزایش میدهد و عملکرد خوبی نسبت به نویز دارد. همچنین، توان مصرفی پائین و خطیپذیری خوبی دارد. این فیلتر برای کاربردهای بلوتوث فرکانس پایین بکار میرود. در [16]، یک ساختار جدید برای مدارهای ضرب کننده خازنی ارائه شده است که پهنای باند وسیع و تغییرات گسترده اثر خازنی جهت تغییر گسترده فرکانس مرکزی فیلتر از ویژگیهای مهم آن است. هرچند دامنه نوسان سیگنال محدود شده است.
در [17]، یک ضربکننده خازنی قابل تنظیم مطرح شده که ویژگی عمده آن توان مصرفی پایین مدار است که امکان کار در ناحیه زیر آستانه را فراهم میکند. در [18]، روشی برای جبرانسازی خطای مربوط به تغییرات دما در مدارهای ضرب کننده خازنی پیشنهاد داده شده و همچنین یک مدار ضرب کننده خازنی با قابلیت کنترل الکترونیکی برای فیلترها ارائه کرده است. در [19] و [20]، دو نمونه مدار ضرب کننده خازنی ارائه شده که هر چند دارای دقت بالایی هستند، اما ضریب افزایش خازن در این مدارها محدود بوده و همچنین مصرف توان زیاد و پهنای باند محدود از مشکلات آنها میباشد.
با توجه به موارد فوق فیلتر پیشنهادی ارائه شده در این مقاله قادر به ارائه کلیه پاسخهای فیلتری پایینگذر، بالاگذر، میانگذر، میاننگذر و تمامگذر در هر چهار مورد کاری ولتاژ، جریان، ترارسانایی و ترامقاومتی در یک ساختار واحد پیادهسازی کرده و دارای ویژگیهای زیر میباشد:
- 1 دارای یک مدار ضرب کننده خازنی جهت تنظیم پیوسته فرکانس مرکزی فیلتر - W0 - در کل پهنای باند فیلتر،
- 2 تنظیم الکترونیکی ضریب کیفیت - - Q، - 3 استفاده از تکنیک راهاندازی از طریق بدنه جهت کاهش سطح ولتاژ تغذیه مدار OTA و به دنبال آن کاهش توان مصرفی مدار؛ در نهایت، ساختار این مقاله به صورت زیر میباشد: در بخش2، توپولوژی پیشنهادی و توضیحات مربوط به نحوه عملکرد و مدارهای داخلی فیلتر بیان شده است، شبیهسازی مداری توسط نرمافزار Hspice و پاسخهای فیلتری در بخش 3 ذکر گردیده است. در بخش 4 طرح پیشنهادی با سایر کارهای قبلی مورد مقایسه قرار گرفته است. در انتها، در بخش 5 نتیجهگیری آورده شده است.
-2مدار پیشنهادی
بلوک هدایت انتقالی - gm - در واقع یک تقویت کننده عملیاتی - OTA - میباشد که توسط جریان بایاس اعمالی به آن - Ib - مقدار ترارسانایی آن تغییر میکند. در واقع رفتار مدار مانند یک منبع جریان وابسته به ولتاژ میباشد. شکل - - 1، توپولوژی فیلتر چند منظوره پیشنهاد شده را نشان میدهد. همان گونه که ازشکل - 1 - ، مشخص است، فیلتر چند منظوره پیشنهاد شده دارای چهار ورودی از نوع ولتاژ و سه ورودی از نوع جریان میباشد. این فیلتر بسته به نوع ورودیها میتواند تمامی توابع فیلتری را در خروجی فراهم کند. همچنین، مدار ضرب کننده خازنی این امکان را فراهم میکند تا فرکانس مرکزی فیلتر به طور پیوسته در کل پهنای باند فیلتر قابل تغییر باشد.
