Aktif eleman tabanlı kapasite çarpıcı tasarımı ve düşük frekans uygulamaları
The design of active element based capacitor multipliers and low frequency applications
- Tez No: 925930
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DENİZ ÖZENLİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Milli Savunma Üniversitesi
- Enstitü: Atatürk Stratejik Araştırmalar ve Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 159
Özet
Bu doktora tezinde, modern elektronik devre tasarımlarında büyük kapasite değerlerine duyulan ihtiyacı karşılamak amacıyla geliştirilen çeşitli kapasite çarpıcı yapıları ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. İncelenen yapılar sırasıyla, MO-VDTA tabanlı kapasite çarpıcı yapısı, MO-VDTA'nın eşik altı çalışmasıyla elde edilen kapasite çarpıcı yapısı, MO-CDTA tabanlı kapasite çarpıcı yapısı, çıkarıcı yapı ve MO-CDTA ile oluşturulmuş yüzen kapasite çarpıcı yapısıdır. Bu çalışmada, ele alınan kapasite çarpıcı yapılarının her biri ayarlanabilirlik özelliğine sahiptir ve bu özelliklerin devrelerin performansını nasıl etkilediği kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir. MO-VDTA tabanlı kapasite çarpıcı için çarpım faktörü 120 ile 750 arasında değişirken, bu yapıyla oluşturulan ikinci dereceden alçak geçiren süzgecin kesim frekansı 2 kHz ile 12.4 kHz arasında ayarlanabilmektedir. Önerilen bir diğer yapı olan MO-VDTA'nın eşik altı çalışması ile çarpım faktörü akıma bağlı olarak 40000 ila 120000 arasında değişmekte ve buna bağlı olarak oluşturulan ikinci dereceden alçak geçiren süzgecin kesim frekansı 12 Hz'den 40 Hz'e kadar değişmektedir. MO-CDTA ile oluşturulan kapasite çarpıcı yapısında çarpım faktörü 400 ile 1250 arasında değişirken, bu yapı ile oluşturulan ikinci dereceden alçak geçiren süzgecin kesim frekansı 23.6 kHz ile 91 kHz arasında değişmektedir. Çıkarıcı ve MO-CDTA ile oluşturulan yüzen kapasite çarpıcı yapısının çarpım faktörü 400 ila 1200 arasında değişirmektedir. Bu yapı ile oluşturulan ikinci dereceden alçak geçiren süzgecin kesim frekansı 12.5 kHz ile 32.6 kHz arasında değişirken, ikinci dereceden yüksek geçiren süzgecin kesim frekansı 58.4 kHz ile 207.3 kHz arasında değişmekte ve bant geçiren süzgecin kesim frekansı 15.5 kHz ile 33.5 kHz arasında değişebilmektedir. Çalışmada ayrıca, kapasite çarpıcılarının farklı sıcaklık koşullarındaki performansları, toplam harmonik distorsiyon (THD) analizleri, gürültü analizleri, farklı üretim süreci parametreleri ve Monte Carlo simülasyonları detaylı bir şekilde ele alınmıştır. Bu analizler, devrelerin çeşitli çalışma koşullarında güvenilirliğini ve stabilitesini ortaya koyarak tasarım optimizasyonu için önemli veriler sağlamıştır. Ele alınan kapasite çarpıcı yapılarının gerçek hayattaki uygulamaları, COTS elemanlar kullanılarak oluşturulan deney düzenekleriyle desteklenmiştir. Ayrıca, aktif eleman tabanlı bu yapılar, düşük frekanslı sinyal işleme ihtiyaçlarını karşılamak üzere biyomedikal sinyal işleme, ses işleme ve ultrason uygulamalarında kullanılabilirlikleri açısından derinlemesine incelenmiştir. Kapasite çarpıcı yapılar ile oluşturulan süzgeçlerin kesim frekansları, bu uygulama alanlarında rahatlıkla kullanılabileceğini destekler niteliktedir. Bu araştırma, elektronik sistemlerde alan tasarrufu, maliyet düşürme ve performans artırımı gibi avantajlar sağlayarak mühendislik tasarımlarında yenilikçi çözümler sunmaktadır. Elde edilen bulgular, literatürdeki mevcut eksikliklere önemli katkılar sağlamasının yanı sıra, gelecekteki mühendislik çalışmaları için rehber niteliğinde olacaktır.
Özet (Çeviri)
This thesis provides a detailed examination of various capacitor multiplier structures developed to meet the need for large capacitance values in modern electronic circuit designs. The examined structures include the MO-VDTA based capacitor multiplier, the capacitor multiplier obtained through the subthreshold operation of MO-VDTA, the MO-CDTA based capacitor multiplier, subtractor circuit, and the floating capacitor multiplier structure formed with MO-CDTA. In this study, each capacitor multiplier structure is characterized by adjustability and the impact of this feature on circuit performance is comprehensively evaluated. For the MO-VDTA based capacitor multiplier, the multiplication factor ranges from 120 to 750, and the cut-off frequency of the second order low pass filter created by this structure can be adjusted between 2 kHz and 12.4 kHz. In the proposed subthreshold MO-VDTA structure, the multiplication factor varies between 40000 and 120000 depending on the current, and the cut-off frequency of the second order low pass filter ranges from 12 Hz to 40 Hz. For the capacitor multiplier structure formed with MO-CDTA, the multiplication factor ranges from 400 to 1250, and the cut-off frequency of the second order low pass filter ranges between 23.6 kHz and 91 kHz. The floating capacitor multiplier structure formed with the subtractor and MO-CDTA exhibits a multiplication factor varying between 400 and 1200. The cut-off frequency of the second order low pass filter for this structure ranges from 12.5 kHz to 32.6 kHz, while the cut-off frequency of the second order high pass filter ranges from 58.4 kHz to 207.3 kHz, and the band pass filter's cut-off frequency ranges from 15.5 kHz to 33.5 kHz. Additionally, the study includes a thorough analysis of the performance of capacitor multipliers under different temperature conditions, total harmonic distortion analyses, noise analyses, different process parameters, and Monte Carlo simulations. These analyses provide crucial insights into the reliability and stability of the circuits under various operating conditions, contributing to design optimization. The evaluations of different temperature conditions and process parameters highlight the adaptability of capacitor multipliers to diverse working environments and conditions. The real world applications of the examined capacitor multiplier structures are supported by experimental setups using commercially available components (COTS). Furthermore, these active element based structures are extensively analyzed for their applicability in low frequency signal processing needs, such as biomedical signal processing, audio processing, and ultrasound applications. The cut-off frequencies of the filters created with capacitor multiplier structures demonstrate that they can be effectively used in these application areas. This research offers innovative solutions in engineering designs by providing advantages such as chip area minimization, cost reduction, and performance enhancement in electronic systems. The findings contribute significantly to addressing existing gaps in the literature and serve as a guide for future engineering studies.
Benzer Tezler
- Yeni aktif eleman yapıları ve analog devre tasarımındaki uygulamaları
New active component structures and their applications to analog circuit design
UMUT ENGİN AYTEN
Doktora
Türkçe
2009
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HERMAN SEDEF
- CMOS realization of new alternative active elements for analog signal processing and their applications
Analog sinyal işleme için yeni alternatif aktif elemanların CMOS gerçeklemesi ve uygulamaları
ARDA GÜNEY
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HULUSİ HAKAN KUNTMAN
- CCII tabanlı analog devre tasarımları, benzetimleri ve deneyleri
Implementations, simulations and experiments of CCII-based analog circuits
TOLGA YÜCEHAN
Doktora
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN YÜCE
- Salt aktif süzgeçler
Active only filters
HACER ATAR YILDIZ
Doktora
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ TOKER
- Band geçiren aktif OTA-C filtrelerinin quad ve kaskad yöntemi kullanılarak tasarımı ve duyarlılık analizi
Design of bandpass active OTA-C filter using cascade and quad methods and sensitivity analysis
A. GÜNAY AĞALAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ NUR GÖNÜLEREN