Alçak geçiren ve band geçiren aktif OTA-c filtrelerinin quad ve kaskad yöntemi ile tasarımı

Abstract

OTA (Operational Transconductance Amplifier) monolitik tümleştirme tekniği ile kolayca gerçeklenebilir, elektronik olarak ayarlanabilir ve tasarım kolaylığı sağlar. Yüksek frekans performansları işlemsel kuvvetlendiricilerden çok daha iyidir. OTA elemanı ile oluşturulan filtrelerde OTA iletkenlik kazancı tasarım parametresi olarak kullanılabilir. Ayrıca OTA, CMOS teknolojisine uygun bir elemandır. Bir ucu topraklı kapasite elemanı da CMOS teknolojisi ile kolayca gerçeklenebilir ve OTA ile beraber uyumlu bir eleman çifti oluşturur. Filtre tasarımında,son yıllarda OTA ve kapasite elemanları sayılan bu nedenlerden dolayı, işlemsel kuvvetlendirici ve RC elemanlarından çok daha tercih edilir duruma gelmiştir. Bu çalışmada, sadece OTA ve kapasite elemanları kullanılarak, quad ve kaskad tasarım yöntemiyle, yüksek dereceden aktif filtre tasarımı amaçlanmıştır. Filtreler ve yaklaşıklık tipleri kısaca ele alındıktan sonra alçak geçiren ve band geçiren filtre transfer fonksiyonları Butterworth, Chebyshev ve Eliptik yaklaşıklık tipleri için ayrı ayrı elde edilmiştir. Daha sonra quad yöntemi genel bir biçimde anlatılmıştır. Genel quad yöntemi yardımıyla, alçak geçiren ve band geçiren filtreler için quad ve kaskad denklemlerinin bulunması ayrıntılı bir biçimde ele alındıktan sonra OTA-C elemanlarıyla oluşturulan biquadratik devreler incelenerek, kullanılan alt devrelere ilişkin kazanç değerleri devrenin dinamik davranışını iyileştirecek biçimde belirlenmektedir. Ayrıca tasarlanan OTA-C filtrelerinin girişine uygulanabilecek maksimum gerilim değerinin hesaplanması için izlenecek yol anlatılmıştır. Ek A' da çeşitli tasarım örnekleri ve bu örneklerde elde edilen filtreler için frekans cevabı karakteristikleri Micro Cap analiz programı yardımıyla verilmektedir. Ek B'de ise alçak geçiren ve band geçiren filtrelerin tasarımını quad ve kaskad yöntemi ile gerçekleştiren bir bilgisayar programı verilmektedir.In electronic circuits, filters are widely used. Filters are circuits which select the electrical signals according to their frequencies. At the beginning of this century, filters were realized using resistors, inductors and capacitors as basic components. In filter realization, inductors caused a lot of problems. These problems is that inductors are very large components and their production and tuning are difficult. In the 1950s, active networks began to take the place of inductors. So, designers begun to use the active-RC filters. Operational amplifiers have been used in the active filter design for many years, because they are developed and cheap circuit components. The operational amplifiers have not a good frequency performances. This is caused to come out more suitable gain devices such as OTAs. High frequency behaviour of Operational Transconductance Amplifiers (OTAs) is better than operational amplifiers (OPAMPs). Furthermore, OTAs provide linear electronic tunability of its transfer gain. For this reason, filter circuits that are realized by using OTAs are more useful than operational amplifiers. The use of circuits constructed with operational transconductance amplifiers and capacitors is potentially advantageous for the realization of high-frequency continuous-time monolithic analogue linear and nonlinear systems. OTA and grounded capacitors are easy to implement in all IC technologies. Grounded capacitors are natural for the simplest single-polynomial process and can absorb many XI capacitive shunt parasitics. Grounded capacitors are the cheapest linear capacitor in integrated circuits. A grounded capacitor can be implemented as input capacitance of MOS tranzistor. Several different design methods for high order active filters have been reported in literature to realize the transfer function of the form bms +bm,sm~l + +b,s + b0 T(S) = -m- S=L- ! 1