طراحی یک فیلتر چند حالته Gm-C با توان مصرفی پایین در ناحیه زیر آستانه

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 1، دوره 4، شماره 15، آذر 1392، صفحه 3-10   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمد آقایی جشوقانی¹؛ مهدی دولتشاهی^{* 2}

¹کارشناس ارشد/دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد

²استادیار/دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد

چکیده

در این مقاله یک فیلتر Gm-C چند حالته (universal) مرتبه‌ی دو با قابلیت دریافت تمامی پاسخ‌های فیلتری (پایین گذر، بالاگذر، میان گذر، میان نگذر و تمام گذر)، تنظیم الکترونیکی فرکانس مرکزی ω₀₎₎ و ضریب کیفیت Q)) و عملکرد در چهار مد (ولتاژ، جریان، ترارسانایی و ترامقاومتی) مبتنی‌بر اینورتر (بلوک ترارسانایی) با بایاس شدن ترانزیستورها در ناحیه زیرآستانه (Sub Threshold) ارائه شده است. بایاس کردن تراتزیستورها در ناحیه زیرآستانه باعث کاهش مؤثر توان مصرفی فیلتر ارائه شده می‌گردد. استفاده از خازن‌های زمین شده به منظور کاهش اثرات پارازیتیکی از جمله ویژگی‌های مدار طراحی شده محسوب می‌شود. حساسیت کم فرکانس مرکزی و ضریب کیفیت نسبت به ترارسانایی‌ها و خازن‌ها نیز ویژگی‌های دیگر مدار پیشنهادی است. همچنین استفاده از اینورتر سبب کاهش مؤثر تعداد ترانزیستور‌های لازم برای تحقق مدار فیلتر و توان مصرفی فیلتر می‌گردد. سرانجام عملکرد فیلتر پیشنهاد شده در تکنولوژی 0.18 µm CMOS توسط HSPICE (LEVEL49) شبیه‌سازی و مورد ارزیابی قرار گرفت. فیلتر پیشنهاد شده دارای توان مصرفی 64.69 nW و منبع تغذیه‌ی ±0.3V است.

کلیدواژه‌ها

فیلتر چند حالته؛ اینورتر؛ زیر آستانه؛ Gm-C؛ .CMOS

مراجع

[1] Xi. Zhu, Y. Sun, J. Moritz, ‘‘Design of current-mode gm-C MLF elliptic filters for wireless receivers’’, IEEE International Conference on Electronics Circuits and Systems ICECS., pp. 296-299, 2008.

[2] M. Yang, J. Liu, Y. Xiao, Y. Liao, ‘‘14.4 nw fourth-order band-pass filter for biomedical applications’’, Electronics Letters., Vol. 46, No. 14, pp. 973-974, 2010.

[3] A.J. Casson, V.E. Rodriguez, ‘‘A 60 pW gm C continuous wavelet transform circuit for portable EEG systems’’, IEEE Journal of Solid-State Circuits., Vol. 56, No. 6, pp. 1406–1415, 2011.

[4] C.C Hsu, W.S. Feng, ‘‘Structural design of current-mode biquad filters’’, International Journal of Electronics., Vol. 88, No. 1, pp. 41-51, 2001.

[5] T. Takao, S. Edasaki, S. Yasuaki, Y. Fukui, ‘‘Current-mode universal biquad filter using OTAs and DO-CCII’’, Frequenz., Vol. 60, No. 11-12, pp. 237–240, 2006.

[6] V.K. Singh, A.K. Singh, D.R. Bhaskar, R. Senani, ‘‘Novel mixed-mode universal biquad configuration’’, IEICE Electron Express, Vol. 2, No. 22, pp. 548-553, 2005.

[7] W.Y. Chiu, J.W. Horng, ‘‘High-Input and low-output impedance voltage-mode universal biquadratic filter using DDCCs’’, IEEE Transactions on Circuits and Systems II. Express Briefs., Vol. 54, No. 8, pp. 649-652, 2007.

[8] M.T. Abuelma’atti, Bentrcia, ‘‘A novel mixed-mode OTA-C universal filter’’, International Journal of Electronics., Vol. 92, No. 7, pp. 375–383, 2005.

[9] H. P. Chen, Y. Z. Liao, W. T. Lee, ‘‘Tunable mixed-mode OTA-C universal filter’’, Analog Integrated Circuits and Signal Processing., Vol. 58, No. 2, pp. 135-141, 2009.

[10] H. Barthélemy, S. Meillère, J. Gaubert, N. Dehaese, S. Bourdel, ‘‘OTA based on CMOS inverters and application in the design of tunable band pass filter’’, Analog Integrated Circuitsand Signal Processing., Vol. 57, No. 3, pp. 169-178, 2008.

[11] T.Y. Lo, C.C. Hungm, ‘‘A 1 GHz equiripple low-pass filter with a high-speed automatic tuning scheme’’, IEEE Transactions onVery Large Scale Integration (VLSI) Systems., Vol. 19, No. 2, pp. 175-181, 2011.

[12] A. Pirmohammadi, M. H. Zarifi, ‘‘A low power tunable Gm–C filter based on double CMOS inverters in 0.35 μm,’’ Analog Integrated Circuits and Signal Processing., Vol. 71, No. 3, pp. 473-479, 2012.

[13] E.D.C. Cotrim, L.H.C. Ferreira, ‘‘An ultra-low-power CMOS symmetrical OTA for low-frequency Gm-C applications’’,  Analog Integrated Circuits and Signal Processing., Vol. 71, No. 2, pp. 275-282, 2012.

[14] S.Y. Lee, C.J. Cheng, ‘‘Systematic design and modeling of a OTA-C filter for portable ECG detection’’, IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems., Vol. 3, No. 1, pp. 53-64, 2009.

[15] D.R. Bhaskar, A.K. Singh, R.K. Sharma, R. Senani, ‘‘New OTA-C universal current-mode/trans-admittance biquads’’, IEICE Electronics Express., Vol. 2, No. 1, pp. 8–13, 2005.

[16] C. M. Chang, S. K. Pai, ‘‘Universal current-mode OTA-C biquad with the minimum components’’, IEEE Transactions on Circuits and Systems I. Fundamental Theory and Applications., Vol. 47, No. 8, pp. 1235-1238, 2000.