Ψηφιακα Αυτορυθμιζομενο Ενεργο Φιλτρο Χαμηλης Τροφοδοσιας Και Καταναλωσης Με Δυνατοτητα Αλλαγης Της Συναρτησης Μεταφορας Του

Abstract

Η διδακτορική διατριβή πραγματεύεται τη σχεδίαση ενός ολοκληρωμένου αναλογικού ενεργού RC φίλτρου συνεχούς χρόνου σε μια σύγχρονη CMOS τεχνολογία των 0.12 μm. Το φίλτρο λειτουργεί με τάση τροφοδοσίας 1 V και έχει τη δυνατότητα να επιλέγει τη συνάρτηση μεταφοράς του μεταξύ 5ης τάξης Chebyshev και 3ης τάξης ελλειπτικής μορφής ακολουθούμενη από έναν 2ης τάξης ισοσταθμιστή. Επίσης, μπορεί να μεταβάλλει το εύρος ζώνης του μεταξύ 5 MHz και 10 MHz. Το χαρακτηριστικό της αλλαγής του εύρους ζώνης το καθιστά κατάλληλο για χρήση ως φίλτρου επιλογής καναλιού σε συστήματα πομποδεκτών, ενώ η ύπαρξη του ισοσταθμιστή διευκολύνει τη χρησιμοποίησή του σε εφαρμογές που απαιτούν αμετάβλητη καθυστέρηση ομάδας στη ζώνη διέλευσης.Οι ενισχυτές του φίλτρου έχουν σχεδιαστεί με μια νέα τεχνική αντιστάθμισης που επιτρέπει την αύξηση του εύρους ζώνης τους χωρίς να χρειάζεται επιπρόσθετη κατανάλωση ισχύος. Με τη χρήση αυτής της τεχνικής ο επικρατών πόλος του ενισχυτή μπορεί να μεταφερθεί σε εικοσαπλάσια συχνότητα από την αντίστοιχη των υπαρχουσών συμβατικών μεθόδων. Επίσης, η προτεινόμενη μέθοδος είναι λιγότερο ευαίσθητη στις ανοχές των στοιχείων σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους. Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνική στους ενισχυτές του φίλτρου, η απόδοση του φίλτρου βελτιώθηκε δραστικά. Επιπλέον, η ευστάθεια των ενισχυτών αποδείχτηκε από τις πειραματικές μετρήσεις.Το φίλτρο εκμεταλλεύεται ψηφιακά ελεγχόμενες μήτρες αντιστάσεων ώστε σε συνεργασία με ένα ψηφιακό σύστημα αυτόματης ρύθμισης να απαλείφει τις επιπτώσεις των ανοχών και της μεταβολής θερμοκρασίας στη συνάρτηση μεταφοράς του. Το συγκεκριμένο σύστημα χρειάζεται μόνο μια επανάληψη του αλγορίθμου του για να διορθώσει τη σταθερά χρόνου του φίλτρου. Απαιτεί την ύπαρξη ενός εξωτερικού ρολογιού αναφοράς και ενός εσωτερικού ταλαντωτή του οποίου τα χαρακτηριστικά εξαρτώνται από το γινόμενο RC με τρόπο παρόμοιο με αυτά του κυρίως φίλτρου. Η ακρίβεια διόρθωσης εξαρτάται από τον αριθμό των διακοπτών στις αντιστάσεις του φίλτρου και έχει καθοριστεί σε περίπου ±5% για τη συγκεκριμένη εργασία.Τα πειραματικά αποτελέσματα επαλήθευσαν την άριστη γραμμικότητα που αναμενόταν και φανέρωσαν μια ευρεία δυναμική περιοχή. Συγκεκριμένα, το IIP3 του φίλτρου είναι περίπου της τάξης των +20 dBm, το 1 dB σημείο συμπίεσης κέρδους φτάνει τα 3.6 dBm και η δυναμική περιοχή του (SFDR) εκτείνεται μέχρι τα 73 dB. Συμπερασματικά, μπορούμε να πούμε πως το φίλτρο συνδυάζει λειτουργία σε χαμηλή τροφοδοσία με πολύ καλές επιδόσεις.