使用VDTA操作模拟LC梯形滤波器

文摘

在本文中,一个系统的方法实现操作模拟LC梯形滤波器使用电压差分跨导放大器。该滤波器结构只使用接地电容器和具有电子可调谐性。PSPICE仿真使用180纳米CMOS技术参数进行验证提出方法的功能。实验验证也通过商用IC LM13700 / NS。模拟和实验结果发现与理论预测基本一致。

1。介绍

当前模式的方法在过去的几年里已经收到了相当大的关注为模拟信号处理应用程序由于其低功耗、大的动态范围,更高的频率范围的操作,更好的精度,更高的转换速率,减少复杂性。结果,大量的当前模式活跃的元素,如运算跨导放大器(OTA),当前输送机(CC),电流控制输送机(CCC),电流反馈放大器(CFOA),操作跨阻放大器(其它)、差动电压电流输送机(培训),电流差分缓冲放大器(CDBA),电流差分跨导放大器(CDTA)和电压差分跨导放大器(VDTA)出版。这种模拟活动断块的文献综述提出了(1,2]。VDTA是最近提议模拟构件组成的两个跨导放大器,可以用来实现不同的模拟处理应用程序,如浮动和接地电感仿真(3,4),模拟滤波器(5- - - - - -10),和振荡器11- - - - - -13]。

有源模拟高阶LC梯形滤波器,主要存在三种方法,这是波活动方法,拓扑模拟、仿真和操作。在波活跃的方法中,一波等效为电感串联开发分支为其他被动组件配置,然后通过适当的连接(14- - - - - -21]。大量的活动块中使用这种方法。在第二个方法中,拓扑仿真或元素替换方法,LC阶梯结构的电感器被配置适当的活跃元素(22,23]。这个配置的缺点是,一个浮动的电容器是一般要求,这降低了派生滤波器拓扑结构在高频应用程序的性能。第三种方法,操作模拟或跨跃方法(23- - - - - -30.),进行模拟操作的阶梯,而不是它的组件。

文献调查揭示了梯子的作战模拟滤波器使用运算放大器(OA)和电流控制输送机(CCCII) [24),在线旅行社(25,26],CC [27),多个输出第二代电流控制输送机(MO-CCCII) [28),电流反馈放大器(CFA) [29日],CFOA [30.]。本文提出一种系统的方法操作模拟LC梯形滤波器的使用电压差分跨导放大器(VDTA)。提出操作模拟LC梯使用VDTA现有电路具有以下优势:(我)相比较小数量的活跃的块作为(24,26,28- - - - - -30.]。(2)在实现没有使用电阻,而[25,29日,30.)使用浮动和接地电阻(27只使用接地电阻。(3)提出实现只使用接地电容,而[25,29日)使用浮动电容。(iv)提出操作模拟LC梯也拥有电子截止频率可调谐性,而[27,29日,30.不。

作为一个例子,一个四阶巴特沃斯低通滤波器模拟方法概述和工作性确诊的过滤器是通过PSPICE软件仿真使用180纳米CMOS技术参数。梯式滤波器的功能也是实验检验通过IC LM13700 / NS。

2。VDTA

电压差分跨导放大器组成的两个跨导放大器(5]。数据1和2代表VDTA的符号表征和CMOS实现。

港口关系VDTA矩阵形式的特点是以下方程: 在哪里和是VDTA的输入和输出跨导增益。输入跨导放大器转换输入电压差()目前在终端开发的电压终端转换成电流和终端输出跨导放大器。摘要VDTA作为一个活跃的模拟构建块,因为(我)简单的CMOS VDTA的实现,(2)两个跨导放大器给resistorless实现,(3)跨导增益VDTA,可以通过不同的偏置电流,因此提供电子可调谐性设计滤波器。

3所示。作战模拟使用VDTA

操作模拟方法采用不同的方法从拓扑仿真或波活动方法,模拟了阶梯的操作,而不是其组件(23]。每个元素的电路方程和电压的关系写使用在任一瞬间和氯化钾。然后这些方程由方框图或信号流图。每一块代表一些模拟操作,比如求和,集成和减法。最后的电路是通过适当结合这些块。

解释上面的声明,一个四阶低通巴特沃斯滤波器的数字3已经作为一个原型。这个原型滤波器的传递函数可以表示为 开发操作仿真系统的方式,考虑图的一般梯4,该系列分支元素由导纳贴上标签和阻抗的并联分支元素标记。的阶梯图4电压和电流方程可以描述为(3),(3 b),(3 c)和(3 d)如下: 在哪里 电压和电流的条件存在于(3),(3 b),(3 c)和(3 d)。这个问题可以很容易地通过扩展来解决这些方程电阻器。 在哪里;。

下标与电压代表这个电路中电压来源于电流。

实现(5)(5 d梯子)给出了作战仿真的原型滤波器的数字3。实现的(5)和(5 d)需要有损积分器,而实现的(5 b)和(5度)需要无损积分器。有损和无损积分器可以很容易地实现使用VDTA作为下一节中讨论。

3.1。有损的集成

有损集成的实现使用VDTA如图5。有损积分器的输出电压的表达式可以写成 在哪里

3.2。无损积分器

无损积分器可以实现使用VDTA如图6和它的输出电压表达式 再一次

3.3。完整的实现使用VDTA

有损压缩和无损积分器的帮助下的数据5和6,完整的实现原型四阶滤波器使用操作模拟方法如图7。

电容器的值用于VDTA 1和VDTA 4可以通过比较计算(6)和(6 b)和(5)和(5 d)如下。

从(6)和(6 b)和(5), 和。

扩展电阻的值 然后 从(6)和(6 b)和(5 d) 同样,电容器的值用于VDTA 2和VDTA 3可以通过比较计算(7一个)和(7 b)和(5 b)和(5度)如下。

从(7一个)和(7 b)和(5 b), 从(7一个)和(7 b)和(5度),

4所示。模拟

原型滤波器的归一化组件值图3是,,,,,。各种用于CMOS晶体管的宽高比VDTA表给出的实现1。电源电压和偏置电流的值VDTAV和我_B1=我_B2=我_B3=我_B4= 150μ一个(μ,分别。

5 MHz的截止频率,电容器的值用于图7可以计算(10),(12),(13)和(14),pF,pF,pF,pF。图8显示了低通四阶巴特沃斯滤波器的频率响应。模拟截止频率为4.99 MHz,非常接近的理论截止频率5 MHz。通过模拟滤波器的电子可调谐性是显示在图9通过改变偏置电流从25μ一到250μ答:时域分析是研究运用两个信号的频率500 KHz和20 MHz和50 mV级输入。瞬态响应及其谱图所示10和11,分别。滤波器结构还测试了在产出和总谐波失真是发现,是在可接受的极限3% 600 mV p p的信号频率1 MHz如图12。

噪声分析也进行了该电路通过确定噪声通过模拟滤波器的输出。输出噪声变化在通带内频率如图13这表明,噪音在nanovolt极限可接受的范围内。研究温度变化对提出的滤波电路,模拟电路在五个不同的温度下,10°C, 25°C, 27°C, 50°C, 100°C,结果是描绘在图14。截止频率的值在表列出了这些温度2。可以看出截止频率转向较低的频率随着温度降低。这是由于一个事实,即跨导温度的增加和减少由于降低流动性。这将在截止频率可以通过偏置电流补偿变化从104年μ一个(f₀在100°C) = 4.17 MHz到164年μ一个(f₀在10°C) = 5.2 MHz。

的所有关键参数总结在表提出的滤波器结构3。总功率耗散和输出噪声仿真原型滤波器的2.16 mW和5.7×10⁻⁹V /赫兹^1/2,而这些参数模拟值的VDTA实现相同的顺序滤波器使用波主动法6.48 mW和1.65×10⁻⁸V /赫兹^1/2(20.]。

进行了实验验证提出的电路通过商用IC LM13700 / NS。VDTA实现使用IC LM13700 / NS图所示15。的线路图7是bread-boarded如图16实验测试。使用±15 V的电源电压。1.35 mA的偏置电流将获得24.89 mA / V的跨导。电容值选择=C_v4= 10 nF和=C_v3= 25 nF 303 kHz的截止频率。测量级响应和模拟响应如图17。实验观察到截止频率为292千赫。

5。结论

提出了一种系统化的方法积极操作模拟LC梯形滤波器的实现。解释方法,概述一个四阶巴特沃斯滤波器作为原型,对于积极实现,VDTA是用作模拟构建块。提出实现resistorless只使用接地电容,这是适用于集成电路实现。该结构还具有电子的截止频率可调谐性。和易性的实现是通过PSPICE模拟验证使用180 nm台积电技术参数。的功能提出了LC梯还通过集成电路验证实验LM13700 / NS。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

引用

1. k·k·阿布达拉,d . r . Bhaskar和r . Senani”回顾电流型电路的演变和技术和各种现代模拟电路的构建块,”《自然》和《科学》杂志,10卷,不。10日,2012年。视图:谷歌学术搜索
2. d . Biolek r . Senani诉Biolkova, z Kolka,“活跃元素模拟信号处理:分类、评论,和新建议,“无线电工程,17卷,不。4,15-32,2008页。视图:谷歌学术搜索
3. d·普拉萨德,d . r . Bhaskar接地和浮动电感模拟电路使用VDTAs,”电路与系统,3卷,不。4、342 - 347年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. w . Tangsrirat和美国Unhavanich电压差分跨导amplifier-based浮动模拟器与一个接地电容器,”印度的纯粹和应用物理杂志》上,52卷,不。6,423 - 428年,2014页。视图:谷歌学术搜索
5. a . Yeşil f . Kacar, h . Kuntman”新的简单CMOS实现电压差分跨导放大器和射频滤波器应用程序中,“无线电工程,20卷,不。3、632 - 637年,2011页。视图:谷歌学术搜索
6. a . Yeşil和f . Kacar电子可调resistorless混合模式biquad过滤器,”无线电工程,22卷,不。4、1016 - 1025年,2013页。视图:谷歌学术搜索
7. j . Satansup和w . Tangsrirat紧凑VDTA-based使用接地电容电流型电子可调通用过滤器,”微电子学杂志,45卷,不。6,613 - 618年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. d . Prasadl d . r . Bhaskar, m·斯利瓦斯塔瓦”通用电压型biquad过滤器使用电压差分跨导放大器,”印度的纯粹和应用物理杂志》上,51卷,不。12日,第868 - 864页,2013年。视图:谷歌学术搜索
9. j . Satansup t Pukkalanun, w . Tangsrirat”电子可调电流型通用过滤器使用VDTAs和接地电容,”学报的国际MultiConference工程师和计算机科学家(IMECS 13),页647 - 650,香港,中国,2013年3月。视图:谷歌学术搜索
10. a .维吾尔族和h . Kuntman DTMOS-based 0.4 v超低压低功耗VDTA设计及其应用脑电图数据处理,”无线电工程,22卷,不。2、458 - 466年,2013页。视图:谷歌学术搜索
11. d·普拉萨德·m·斯利瓦斯塔瓦,d . r . Bhaskar”电子可控充分的非耦合显式电流型正交振荡器使用VDTAs和接地电容,”电路与系统,4卷,不。2、169 - 172年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. d·普拉萨德,d . r . Bhaskar电子可控的显式电流输出正弦波振荡器采用单一VDTA,”ISRN电子382560卷,2012篇文章ID, 5页,2012。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. r . Sotner j . Jerabek n . Herencsar j . Petrzela k . Vrba z . Kincl,“线性可调使用电压正交振荡器由LC Colpitts结构差分跨导放大器和可调电流放大器,”模拟集成电路和信号处理,卷81,不。1,第136 - 121页,2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. 和t . Deliyannis Haritantis, a·康斯坦丁尼德斯波有源滤波器,”美国电气工程师学会学报》上,卷123,不。7,676 - 682年,1976页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. k .格鲁吉亚和p·科斯塔斯“模块化的使用CFOA过滤结构,”无线电工程,19卷,不。4、662 - 666年,2010页。视图:谷歌学术搜索
16. n Pandey, p·库马尔resistorless波实现有源滤波器使用差动电压电流控制输送机跨导放大器,”无线电工程,20卷,不。4、911 - 916年,2011页。视图:谷歌学术搜索
17. n Pandey, p . Kumar和j . Choudhary”电流控制微分差分电流输送机跨导放大器及其应用波有源滤波器,”ISRN电子ID 968749条,卷。2013年,11页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. m . Bothra r . Pandey: Pandey, s . k .保罗,”操作trans-resistance放大器可调波有源滤波器为基础,“无线电工程,22卷,不。1,第166 - 159页,2013。视图:谷歌学术搜索
19. h·辛格,k . Arora, d·普拉萨德,“VDTA-based波有源滤波器,”电路与系统,5卷,不。5,124 - 131年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. n Pandey, p . Kumar和s . k .保罗,“电压差分跨导放大器resistorless和电子可调波有源滤波器为基础,“模拟集成电路和信号处理,卷84,不。1,第117 - 107页,2015。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. h . Wupper和k . Meerkotter”新的有源滤波器合成基于散射参数”,IEEE事务电路和系统,22卷,不。7,594 - 602年,1975页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. 答:a . m . Shkir“10 khz, lpw力量,八阶eliptic带通滤波器采用CMOS VDTA,”国际期刊的增强的研究在科学技术和工程,4卷,不。1,第168 - 162页,2015。视图:谷歌学术搜索
23. m·e·范·Valkenburg和r . Shaumann模拟滤波器的设计英国牛津,牛津大学出版社,2001年。
24. y Xi和h .彭”,实现低通和带通超越过滤器使用美洲国家组织和CCCIIs,”国际会议管理和服务科学学报》(质量' 09)2009年9月,武汉,中国,。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. m . v . Katageri m . m . Mutsaddi和r s Mathad”比较研究LC阶梯的有源滤波器使用OTA和当前的输送机,”国际先进的计算机和数学科学杂志》上,3卷,不。3、321 - 325年,2012页。视图:谷歌学术搜索
26. r . Schaumann”与transconductance-C电路模拟无损的梯子,”IEEE电路和系统II:模拟和数字信号处理,45卷,不。3、407 - 410年,1998页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. 诉Novotny和k . Vrba LC梯形滤波器仿真通过与当前输送机结构,”第四圆柱学报》国际会议信号处理、计算几何和人工视觉(ISCGAV ' 04)2004年12月,西班牙特内里费。视图:谷歌学术搜索
28. a . Campeanu和j·加LC-ladder过滤器输送机控制模拟电路与电流和接地电容,”程序的国际研讨会上信号,电路与系统(issc ' 07),卷2,Iași、罗马尼亚、2007年7月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. t·s·拉索尔教授和美国p . Khot CFA-based grounded-capacitor操作模拟梯子过滤器,”国际期刊的电路理论和应用程序,36卷,不。5 - 6,697 - 716年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. p . k . Sinha a .赛·库马尔和s . Mishra”基于CFOA的低通和高通梯子过滤器——新配置,“电路与系统,5卷,不。12日,第300 - 293页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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