Σχεδίαση Ολοκληρωμένου Cmos Φίλτρου Με Την Μέθοδο Leapfrog Σε Τροφοδοσία 1 Volt

Abstract

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η πλήρης σχεδίαση και ανάλυση ενός αναλογικού μικροηλεκτρονικού active-RC φίλτρου στο πρόγραμμα Cadence. Η υλοποίηση θα γίνει σε τεχνολογία CMOS και συγκεκριμμένα στην 90n της IBM. Το φίλτρο που ζητείται είναι βαθυπερατό Chebyshev 5ης τάξης με συχνότητα αποκοπής 20 MHz και θα υλοποιηθεί με την μέθοδο leapfrog υπό τροφοδοσίας 1V.Πριν περάσουμε στην σχεδίαση του RC-δικτυώματος του φίλτρου αλλά και του τελεστικού ενισχυτή που θα είναι και η βασική δομική μονάδα του, στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια θεωρητική εισαγωγή, παρουσιάζονται και δικαιολογούνται κάποιες από τις σχεδιαστικές επιλογές μας. Εν συντομία γίνεται αναφορά στις διάφορες μεθόδους μαθηματικής προσέγγισης των προδιαγραφών ενός φίλτρου, στις μεθόδους υλοποίησης, στα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους. Στη συνέχεια εξηγούμε για ποιούς λόγους επιλέξαμε να υλοποιήσουμε πλήρως εξισσοροπημένα κυκλώματα όσον αφορά τον τελεστικό ενισχυτή και το φίλτρο. Τέλος αναφερόμαστε στις προδιαγραφές του φίλτρου που θα υλοποιήσουμε.Στο Κεφάλαιο 2 θα ασχοληθούμε με την σχεδίαση του φίλτρου. Θα παρουσιαστεί από την αρχή όλη η πορεία που ακολουθήθηκε ώστε από τις προδιαγραφές να φτάσουμε στο τελικό κύκλωμα. Αρχικά όλες οι παράμετροι του φίλτρου θα ρυθμιστούν κατάλληλα με χρήση ιδανικών τελεστικών έως ότου παρατηρήσουμε ιδανική συμπεριφορά.Στο Κεφάλαιο 3 θα γίνει η ανάλυση του τελεστικού ενισχυτή. Η ανάλυση αυτή θα γίνει ανά στάδιο ώστε με παράλληλη αναφορά στους περιορισμούς που είχαμε να γίνονται περισσότερο κατανοητές οι επιλογές μας. Θα αναφερθούμε λοιπόν στα δύο στάδια ενίσχυσης του τελεστικού ξεχωριστά, στο κύκλωμα πόλωσης της εισόδου αλλά και της εξόδου (το CMFB loop) και στην τεχνική αντιστάθμισης συχνότητας που χρησιμοποιήθηκε. Στο τέλος του κεφαλαίου θα γίνει αναλυτική παρουσίαση των αποτελεσμάτων με βάση τις προσομοιώσεις του Cadence και σχολιασμός της λειτουργίας του τελεστικού με γνώμονα την επιθυμητή συμπεριφορά του πάνω στο φίλτρο.Στο τελευταίο κεφάλαιο, το κεφάλαιο 4, την θέση του ιδανικού ενισχυτή πάνω στο φίλτρο θα πάρει ο τελεστικός που σχεδιάσαμε στο Κεφάλαιο 3. Τέλος με τον πραγματικό ενισχυτή στο φίλτρο θα παραθέσουμε όλες τις σημαντικές προσομοιώσεις που φανερώνουν την λειτουργία του φίλτρου. Με βάση αυτές θα σχολιαστεί η απόδοση του φίλτρου και σε σύγκριση με τα θεωρητικά αναμενόμενα.