Geri Dön

Yeni DO-OTA-C osilatör topolojileri

Başlık çevirisi mevcut değil.

  1. Tez No: 75371
  2. Yazar: AYDIN ÖZPINAR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN KUNTMAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1998
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 80

Özet

ÖZET DO - OTA - C OSİLATÖRLERİNİN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ Bu tez çalışmasına başlamadan önce osilatörlerin gerilim yada akım modunda çalışacağına karar verilmemişti. DO - OTA ve topraklanmış kapasite elemanı kullanan devre yapılarının literatür araştırmasında bu zamana kadar DO - OTA kullanarak yapılmış hiçbir osilatör devresine rastlanmamıştır. Araştırmalar sonucunda DO - OTA ve topraklanmış kapasite elemanı kullanarak gerçeklenmiş akım modunda çalışan filtre yapılarına rastlanmıştır. DO - OTA kullanılarak gerçeklenecek osilatör topolojilerini ilk olarak bu tez çalışmasıyla biz yapmış olacağız. Osilatör tasarımı için önerilen yöntem, filtre yapılarından osilatör elde etme şeklindedir. Bu osilatör yapılan, DO - OTA'nın eğimi ile osilasyon frekansım, osilasyon şartını etkilemeden kontrol edebilme, yapıda endüktans elemanı bulunmaması nedeniyle çok geniş ölçekli tümleştirmeye(VLSI) uygunluk, düşük duyarlık ve kolay tasarım yapabilme gibi özelliklere sahiptir. Önerilen topolojiler için DO - OTA'nın idealsizlik etkileri incelenmiş ve bu etkileri gidermek için ne yapılması gerektiği anlatılmış. Osilasyon şartım sağlamak için tasarım aşamasında topolojilere DO - OTA ile gerçeklenmiş negatif direnç eklenmiştir. DO - OTA elemanı için yeni bir Makromodel geliştirilmiş ve bu model ile tüm topolojilerin matematiksel analizleri ile bilgisayar SPICE simülasyonlan yapılmış, idealsizliklerin osilasyon şartı ve osilasyon frekansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Makromodel kullanarak yapılan simülasyonlarda idealsizlik etkilerinin önüne geçtikten sonra sönümsüz osilasyonlar elde edilmiştir. Bir sonraki aşama olarak gerçek DO - OTA elemanı tasarlanmış bu tasarımda kaskod akım aynalı simetrik CMOS DO - OTA kullanılmıştır. Bu elemanla ilgili pek çok analiz ve SPICE simülasyonu yapılarak sonuçlan tablolar halinde sunulmuştur. DO - OTA ile ilgili tatmin edici neticeler alındıktan sonra osilatör topolojilerinin gerçek DO - OTA elemanı kullanarak SPICE simülasyonlan yapılmış, uygun kuyruk akımlarının seçilmesi neticesinde istenildiği şekilde sönümsüz salımmlar elde edilmiştir. Son olarak osilatör devrelerinin akım modu çalışmasını test için osilatör çıkışma yük olarak 1 Q, Ikü,, lO&Q'luk dirençler bağlanmış çıkış akımının ve geriliminin değişimleri gözlenmiş sonuçlar tablolar halinde sunulmuştur. xı

Özet (Çeviri)

SUMMARY REALIZATION OF DO - OTA - C OSCILLATORS Oscillators have a wide range of using area in telecommunications, control systems, signal processing and measurement systems. For design of tunable sinusoidal oscillators, a variety of active OP AMP - RC networks have been reported up to now. But, these networks don't operate at high frequencies and they don't have freqency tuning parameter effectively. On the other hand, OTA - C oscillator networks have some superiorities such as, open loop tunability of OTA, compatibility to VLSI, adjustability of oscillation frequency by tranconductance of OTA. Since tranconductance qf OTA is function of its tail current, oscillation frequency can be easily adjusted via this current. The normal voltage - mode OTA - C oscillators are commonly based on OTA voltage integrators and voltage amplifiers. Although the single output OTA can also be used to construct individual current integrators and current amplifiers, it is not convenient to exploit these OTA based current blocks to build a filter aiming at current signal processing because we cannot readily form local or whole current outputs or current feedback with single output OTA's. Multiple output OTA's (MO - OTA's) can provide facility for current - mode signal processing due to the multiple current outputs. Current - mode active filters incorporating the DO - OTA have been known for some time[4]. In recent years, multiple - input/multiple - output OTAs (MIMO - OTA) have been widely applied in analogue signal - processing circuits. This is mainly due to a number of benefits from the use of MIMO - OTAs for various purposes. For example, utilizing MIMO - OTAs, we can conveniently construct fully balanced circuit configurations which can achieve very high CMRR and reduce both even - order harmonic distortion components and effects of power supply noise[3]. In real situations, DO - OTA non - idealities such as finite input and output impedances and transconductance frequency dependence have an impact on filter performance. The extent of the parasitic effects depends on the structure, including the number, usage and connection of components. Along with various features due to the minimum number of components, cononical structures also have the property that each node contains a grounded capacitor and therefore all finite DO - OTAs have one input terminal grounded. The parasitic DO - OTA output capacitances have feedthrough effects, but for the canonical configurations these parasitic capacitances do not increase the system order, becouse each parasitic capacitance, together with some circuit capacitances, forms a capacitance loop and therefore the system order is unchanged. Non - canonical realizations with more components may offer some design flexibility and result in more architectures. However, there are some non - xuintegrating nodes in the feedback network and any parasitic capacitances including DO - OTA input and output capacitances on these nodes will thus cause extra parasitic poles. More OTAs may also increase the effects of OTA excess phase, chip area and power consumption. Dual - output OTA -based filter structures may also be equivalents converted to single - output OTA - based counterparts by nothing that a dual - output OTA is ideally equivalent to two single - output OTAs with the same transconductance but opposite polarity. However, we must remember that altough in some dual - output OTA - based structures the finite output capacitances give rise to unwanted signal paths, the number of OTAs required in the single - output OTA - based circuits may be doubled[3]. A general sinusoidal oscillator circuit has two conjugate poles on the imaginary axis and can be described by a second order characteristic equation as follows; (s2+bS+nl).i0(s) = o (i) where b=0 is oscillation condition and Q0 is oscillation frequency. The basic aim of DO - OTA - C oscillator design is to achieve noninteractive control of b and fi0 with a minimum number of components. Several DO - OTA - C filter structures have been reported in literattire[3-6]. Based upon, constructed with a minimum number DO - OTA and grounded capacitor filter topology, novel DO - OTA - C oscillator topologies are generated by converting of filters into oscillators. The general biquadratic transfer function is given as follows, HW-!M.ttŞ+y*+ (2) I^s) s +bxs + bQ There are two possible methods of obtaining sinusoidal oscillator from this transfer function. In the first method the characteristic equation of the oscillator is obtained by equating input current of filter, Ij“(s) to zero. In this case the following oscillator characteristic equation is obtained. (s2+bs+n20).i0(S) = o (3) The second way is connecting the output terminal of filter to the input terminal. By doing so, the resulting oscillator characteristic equation is expressed as, X11Is2 + 6ı-gı \-a2j,/”(*) = 0 (4) If the oscillation condition is satisfied by equating the coefficient of s to zero, this two equation yields undamped oscillators. In this study nine DO - OTA - C sinusoidal oscillator structures, are obtained by converting filters[3,4,5,6] into oscillators. Oscillation condition of an oscillator must include both positive and negative terms to obtain stable oscillation which can be achieved by equating oscillation condition term to zero. Negative and positive resistors implemented with CMOS DO - OTAs are added to oscillator networks. These configurations have oscillation frequencies controlled by transconductance gain without affecting oscillation condition and capability of operation at high frequencies. All of the proposed topologies are very atractive in both monolotic integrated technology (IC) and thin film fabrication due to including only grounded capacitors. Furthermore, the parazitic capacitances can be easily accounted and tuned since these capacitances are in paralel with grounded capacitors. Previous analysis assumed that the DO - OTA behaves as ideal voltage - controlled current source (VCCS). In contrary to ideal DO - OTA, the actual DO - OTA represents a nonideal behavior. There are three main DO - OTA nonidealities affecting the performance of DO - OTA - C oscillator structure. These are finite input and output conductances, input and output capacitances, frequency dependent transconductance gain. DO - OTA is assumed an ideal voltage - controlled current source and can be described by following equation, n=gm(y+-v-), n=gu\ P . E = 8m\8mi + Gmgmi - gm3Gm + G0l (G01 + G02 + G03) If we apply Routh - Hurwitz criteria to this equation, oscillation condition and oscillation frequency can be obtained as follows, D(BK-AD) = B2E q = \ EB (10) 0 İbk-ad Since A and B are too small positive numbers and since D can be made zero. rr j.r /.“ ”j.r ±r ±r \. Gv (g»>i ~ 8 mi ) + 2Ga\ (Goi + G -gm3 +2(G0, +G02 + G03)G0I] | G01(G“ +G02 +G03) co. 0): ”_G>p db _cop dB o)p dA °r b dû)p B dû)p A dcop dB _ GM (gml - gm3 ) + 2G01 (G01 + G02 + G03 ) da>. = -2.3330005^-29 co: dA 2CX G01 + C2 [g“,i - gm3 + 2(G01 + G02 + G03 )G01 ] G01 (G01 + G02 + G03 ) dû). = 2.3016534£-34 co~ CO' 5 = 7.5503659^-17,4 = 2.49975 18£- 21 Si =-4.3261223^-4 oscillation frequency fi0 =.J- Qn = £»,£.2 +.(£”. -^»3) + (G0, +G02 +Go3X?( 01 Cc ( 2C|Cq1 +C2[gml -gm3 +2(G!0I +G!02 + g03X?Ol] ^0, (G0[ +^02 + ^03) '1^2 Ö>, û); saa _ °>P «*“ = 1.' ”0 a», 2 cop dC cop M C dco" A do)r dC dA dcop dû)p = 2.3016534^-34,4 = 2.49975 18£- 21 S* =9.9317301£-5 The proposed topologies are simulated by using cascod DO - OTA structure with SPICE computer program. Cascode CMOS DO - OTA structure used in SPICE simulation is shown in Fig. 5.4. Dimensions of MOS devices are given in Table 5.1 and device model parameter are illustrated in Table 5.2. Resulting output current and voltage wave form is plotted in Fig. 5.10,... For all simulations the capacitances of Ci and C2 are taken as Cj=C2=50 pF. Choosing gT given in Table 5.5. Other results are given tables and figures at end of section 5. The simulation results obtained for the other oscillator topologies proposed are illustrated with thoeretical results in Table5.7. It can be easily observed from Table5.7 that the DO - OTA nonidealities cause a decrease in oscillator frequency. XVII

Benzer Tezler

  1. Tez No

    56042

    Ota-C osilatörlerinde ideal olmama problemi

    Başlık çevirisi yok

    UĞUR ÇAM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1996

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. H. HAKAN KUNTMAN

  2. Tez No

    75055

    Novel high performance ota structures suitable for continuous time ota-c filters

    Sürekli zaman ota-c süzgeçlere uygun yüksek performanslı yeni ota yapıları

    ALİ ZEKİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    1998

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAKAN KUNTMAN

  3. Tez No

    105336

    Yüksek performanslı DO-OTA ile analog devre tasarımında yeni olanaklar

    New possibilities in the analogue circuit design with high performance DO-OTA

    SERDAR MENEKAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYTEN KUNTMAN

  4. Tez No

    39614

    Yüksek dereceden aktif OTA-C filtrelerinin Quad yöntemi kullanarak bilgisayar yardımıyla tasarımı

    Computer aided design of high order active OTA-C filters using Quad configuration

    RAMAZAN KÖPRÜ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1994

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF. DR. ALİ NUR GÖNÜLEREN

  5. Tez No

    504530

    New opportunities in MOS-only filter design

    Salt MOSFET süzgeç tasarımında yeni olanaklar

    DENİZ ÖZENLİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HULUSİ HAKAN KUNTMAN

Geri Dön