Diferensiyel fark akım taşıyıcısı tasarımı ve bu elemanla endüktans simülasyonu

Abstract

Son zamanlarda, akını modlu yeni aktif elemanların tasarlanması oldukça ilgi çekmektedir. Bu konuda yapılan son çalışmalardan biri de 1996 yılında tanıtılan diferensiyel fark akım taşıyıcı (DDCC) elemanıdır. Bu eleman, ikinci kuşak akım taşıyıcısı ve diferensiyel fark kuvvetlendiricisi elemanlarının özelliklerinin birleştirilmesiyle oluşturulmuştur. Fakat oluşturulan CMOS DDCC+ yapısının giriş, çıkış dirençleri ile band genişliği ve diferensiyel giriş gerilimi salınım aralığı yeteri kadar iyi değildir. Bu tezde ikinci bölümde, birinci, ikinci ve üçüncü kuşak akım taşıyıcılar hakkında genel bilgiler verilmiş, literatürdeki konu üzerine yapılan çalışmalara değinilmiştir. Üçüncü bölümde, literatürde verilen ilk ve tek CMOS DDCC+ yapısı tanıtılmış ve elemanın karakterizasyonu Pspice benzetim programı aracılığıyla yapılmıştır. Bundan sonra önerilen CMOS DDCC+ yapısı tanıtılmış, giriş ve çıkış katlarının tasarımı ayrı ayrı ele alınmıştır. Bu bölümler yeniden tasarlanarak elemanın daha geniş bir diferensiyel giriş gerilimi salınım aralığına sahip olması, giriş direncinin çok düşük, çıkış direncinin ise çok büyük olması sağlanmıştır. Ayrıca bu bölümde MOS tranzistorlardaki eşleşmeme problemi ele alınmış, bunun çıkış katlarında devrenin performansına nasıl etki yaptığı incelenmiştir. Daha sonra önerilen yeni CMOS DDCC+ elemanın da karakterizasyonu yapılıp basit DDCC+ yapısıyla karşılaştırılmıştır. Dördüncü bölümde, aktif devre sentezinden bahsedilmiş, pasif endüktans elemanın uygulamada getirdiği zorluklar ortaya konmuştur. Literatürde endüktans elemanını aktif elemanlarla gerçekleyen çalışmalara değinilmiştir. Daha sonra önerilen CMOS DDCC+ yapısıyla 18 tane iki ucu serbest endüktans simülatörü tasarımı verilmiş, bunlardan 12 tanesinin karakteristikleri Pspice benzetim programı aracılığıyla incelenmiştir. Bu incelenen endüktans simülatörü devrelerine ait giriş empedans xvıfonksiyonları da CMOS DDCC+ 'nin idealsizlikleri gözönüne alınarak yeniden çıkanlmıştır. Beşinci bölümde, oluşturulan endüktans simülatörü yapıları kullanılarak biri basamaklı türden 4. dereceden Butterworth tipi, biri de 2. dereceden, 2 adet alçak geçiren filtre, birer tane de 2. dereceden yüksek geçiren ve band geçiren olmak üzere toplam 4 tane filtre topolojisi sunulmuş ve bunların analizleri yapılmıştır. Altıncı bölümde, oluşturulan endüktans simülatörü yapılarından biri kullanılarak aktif LC osilatörü tasarlanmış ve bu osilatörün çalışma frekansları ve genlikleri tespit edilmiştir.

Recently, design of new current mode active elements attracted certain attention. One of the last work about this subject is the differential difference current conveyor (DDCC) which has been introduced in 1996. This element, has been designed with combining the properties of second generation current conveyor and differential difference amplifier. But the implemented CMOS DDCC+'s input resistance, output resistance, bandwidth and differential input voltage swing haven't got enough performance. In this thesis in the second section, general information about first, second and third generation current conveyor are given, and told about the works in the literature upon this subject. In the third section, the characterisation of the one and the only CMOS DDCC+ structure in the literature has done with Pspice simulation programme and information about this element is given. After this, information about the proposed CMOS DDCC+ structure, and the design of the input and the output stage are given seperately. By redesigning these stages, element has got very low input resistance, very high output resistance, a wider differential input voltage swing. Also in this section, it is told about the mismatch problem of the MOS tranzistor, and its effects on the performance of the output stages. The characterisation of the proposed CMOS DDCC+ structure has done and compared with the simple DDCC+ structure. In the fourth section, it is told about active circuit synthesis, and the problems of passive inductance element in the circuit design. It is told about the works in the literature upon the simulation of inductance with active elements. After this 18 floating inductance simulators using CMOS DDCC+ are given, and 12 of them are analysed with Pspice simulation programme. The input impedance functions of these active elements with nonidealities of the CMOS DDCC+ are also given. xvmIn the fifth section, 2 low pass filter, which one is 4th order ladder Butterworth type low pass and the other is 2nd order low pass, 1 high pass and 1 band pass filter, totally 4 filters are given with the simulation results. In the sixth section, by using one of the inductance simulator topologies, an active LC oscillator is designed and its working frequencies and the voltages are found.