یک فیلتر Gm-C قابل تنظیم ولتاژ پایین و توان پایین برای کاربردهای بی‌سیم

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 1، دوره 5، شماره 19، آذر 1393، صفحه 3-10   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

امیر باغی رهین^{* 1}؛ ضیاء‌الدین دائی کوزه کنانی²

¹دانشگاه آزاد اسلامی واحد سررود

²دانشگاه تبریز

چکیده

در این مقاله، یک تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی (OTA) ولتاژ پایین و توان پایین با استفاده از ترانزیستور FGMOS پیشنهاد شده است. در OTA پیشنهادی در تکنولوژی TSMC 0.18 µm CMOS با ولتاژ تغذیه یک ولت و توان مصرفی ماکزیمم 40 µW، محدوده تنظیم نسبی 50 برابر به دست می‌آید. نتایج شبیه‌سازی تقویت‌کننده پیشنهادی، بهره حلقه باز 30.2 dB و فرکانس بهره واحد 942 MHz را نشان می‌دهند. در مقایسه با کارهای قبلی، تقویت کننده پیشنهادی، با ولتاژ تغذیه کمتر، عملکرد فرکانسی بهتر، سوئینگ ولتاژ خروجی بالاتر، خطینگی بهتر و توان مصرفی کمتری را عرضه می‌کند. OTA پیشنهادی در ساختار یک فیلتر "G" _"m"  "-C"  مرتبه دوم به کار گرفته شده و محدوده تنظیم خوب از 100 kHz تا 5.6 MHz به دست آمد که مشخصات بی‌سیم Bluetooth (فرکانس 650 kHz)، CDMA2000 (فرکانس 700 kHz) و Wideband CDMA (فرکانس 2.2 MHz) را به خوبی پوشش می‌دهد. مساحت اشغال شده سیلیکون برای فیلتر طراحی شده برابر 192μm×535μm می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی (OTA)؛ ولتاژ پایین و توان پایین؛ ترانزیستور FGMOS؛ فیلتر "G" _"m" "-C"؛ وارونگر

مراجع

[1] S. Szczepanski, J. Jakusz, R.A. Schaumann, "Linear fully balanced CMOS OTA for VHF filtering applications", IEEE Trans. on Circuits and Sys.–II: Analog and Digital Signal Processing, Vol. 44, No. 3, pp.174–187, 1997.

[2] M.H. Voornal, H. Veenstra, "Tunable high-frequency Gm-C filters”, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 35, No.8, pp.1097–1108, 2000.

[3] B. Nauta,"Analog CMOS filters for very high frequencies", Norwell, MA: Kluwer Academic, 1993.

[4] H. Liu,A.I. Karsilayan, "A high frequency band pass continuous-time filter with automatic frequency and Q-factor tuning", Proceeding of the IEEE/ISCAS, Vol.1, pp.328–331, 2001.

[5] X. Zhang, E.I. Ei-Masry,"A novel CMOS OTA based on body-driven MOSFETs and its applications in OTA-C filters", IEEE Trans. on Circuits and Sys. I: Fundamental Theory and Applications, Vol. 54, pp.1204–1212, 2007.

[6] B. Nauta, "A CMOS transconductance-C filter technique for very high frequencies", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 27, No. 2, pp. 142–153, 1992.

[7] T. Lee, H. Pan, "A low-voltage CMOS transconductor for VHF continuous-time filters", Proceedings of the IEEE/ISCAS, Vol. 1, pp.213-216, 1997.

[8] P. Andereani, S. Mattisson, "On the use of Nauta's transconductor in low-frequency CMOS gm-C bandpass filters", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 37, No. 2, pp. 114-124, 2000.

[9] F. Munoz, A. Torralba, R.G. Carvajal, J. Tombs, J. Ramieez – Angulo, "Floating-gate-based tunable CMOS low voltage linear transconductor and its application to HF g_m-C filter design", IEEE Trans. on Circuits and Sys. II, Vol. 48, No. 1, pp. 106-110, 2001.

[10] S. Ramasany, B.A. Venkataramani, "A low power reconfigurable analog baseband block for software defined radio", Journal of Signal Processing System, Vol. 62, No. 2, pp. 131–144, 2011.

[11] H. Barthelemy, S. Meill, J. Gaubert, N. Dehaese, S. Bourdel, "OTA based on CMOS inverter and application in the design of tunable bandpass filter", Analog Integrated Circuits and Signal Processing, Vol. 57, No.2, pp. 169-178, 2008.

[12] T.Y.Lo, C.C. Hung, "A 1 GHz equiripple low-pass filter with a high-speed automatic tuning scheme", IEEE Trans. on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, Vol. 19, No. 2, pp. 175-181, 2011.

[13] E. Sanches–Sinencio, A.G. Andreou,"Low –voltage /low-power integrated circuits and systems: Low-voltage mixed-signal circuits", New York: IEEE Press, 1999.

[14] E. Rodriguez-Villegas, "Low voltage and low power analog and digital design with the floating gate MOS transistor (FGMOS)", London: IET, 2006.

[15] E. Rodriguez-Villegas, H. Barnes, "Solution to the trapped charge in FGMOS transistors", Electronics Letters, Vol. 39, No.19, pp. 1416–1417, 2003.

[16] S. Pavan, Y.P. Tsividis, K. Nagaraj, "Widely programmable high-frequency continuous-time filters in digital CMOS technology", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 35, pp. 503-511, 2000.

[17] B. Razavi, "Design of analoge CMOS integrated circuits", New York: McGrew-Hill, 2001.

[18] 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, p. 473-479, 2012.

[19] S. Kumaravel, A. Gupta, B. Venkataramani, "VLSI implementation of Gm-C filter using modified Nauta OTA with double CMOS pair", Recent Advances in Intelligent Computational Systems (RAICS), pp. 216 – 220, 2011.

[20] J. Sobhi, Z.D. Koozehkanani,A.B. Rahin, A. Tahmasebi, "A new OTA based on FGMOS inverters for low voltage and low power applications", Proceeding of the International Conference on Circuit and Signal Processing, Shanghai, China,Dec. 2010.

[21] J. Sobhi, Z.D. Koozehkanani,A.B. Rahin, "A low voltage and low power programmable continuous-time filter based on FGMOS inverters", Proceeding of the International Conference on Circuit and Signal Processing, Shanghai, China, Dec. 2010.

[22] C. Garcia-Alberdi, A.J. Lopez-Martin, L. Acosta, R.G. Carvajal, J. Ramirez-Angulo,"Tunable class AB CMOS Gm-C filter based on quasi-floating gate techniques", Circuits and Systems I: Regular Papers, IEEE Trans. on, Vol.60, No.5, pp.1300,1309, May 2013.

[23] E. Rodriguez-Villegas, A. Yufera, A. Rueda, "A 1.25-V micropower Gm-C filter based on FGMOS transistors operating in weak inversion", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol.39, No.1, pp.100, 111, Jan. 2004.

[24] J.M. Carrillo, J.F. Duque-Carrillo, G. Torelli, "1-V continuously tunable CMOS bulk-driven transconductor for Gm-C filters", Proceeding of the IEEE/ISCAS, pp.896-899, 2008.

[25] R. Arya, G. Souliotis, S. Vlassis, C. Psychalinos, "A 0.5 V 3^rd-order tunable gm-C filter", Radio Engineering, 22(1), 174–178, 2013.