Filtre ve sentetik bobinlerin birim kazançlı hücreler kullanarak tasarımları ve performans analizleri

Abstract

Geçmişten günümüze kadar pasif devre elemanları ile farklı elektronik devre tasarımları yapılmıştır. Teknolojide meydana gelen gelişmeler ile tasarlanan devre boyutlarının küçülmesi, güç tüketimlerinin azalması, düşük gerilim ile çalışabilme, maliyet gibi özellikler önem kazanmıştır. Bu nedenle analog devre tasarımlarında, pasif devre elemanlarının aktif devre elemanları ile tasarlanması yaygınlaştırmıştır. Ayrıca, aktif devre elemanları ile tasarlanan devre yapıları tümleşik devre fabrikasyon teknolojisi için oldukça uygun yapılardır. Aktif devre elemanları çalışma prensibine göre gerilim-modlu (VM) elemanlar ve akım-modlu (CM) elemanlar olarak iki gruba ayrılabilir. VM devre elemanlarına, bilinen klasik işlemsel yükselteç yapıları (OAs) örnek olarak verilebileceği gibi CM devre elemanlarına da akım taşıyıcılar (CCs), akım geri beslemeli yükselteçler (CFOAs), akım takipçileri (CFs) örnek olarak verilebilir. CM aktif devre elemanları ile yapılan tasarımlar, VM aktif devre elemanları ile yapılan tasarımlara göre daha iyi doğrusallık, daha iyi bant genişliği, daha büyük dinamik aralık gibi üstünlükler sergilemektedir. CM devre elemanlarından CC'lar ile tasarlanan devre yapıları hem ideal olmayan akım kazancından hem de ideal olmayan gerilim kazancından etkilenmektedir. Bu nedenle açık çevrim konfigürasyonlu analog tümleşik devre uygulamalarında CC'lar yerine birim kazançlı hücrelerin (UGCs) kullanıcı; daha büyük değerli bant genişliği, daha geniş dinamik aralık, düşük güç tüketimi, yüksek doğruluk derecesi açısından daha avantajlıdır. Bu çalışmada UGC'ler ve negatif empedans çeviriciler (NIC) kullanılarak CM sentetik bobin ve evrensel tip filtre devreleri tasarlanmıştır. Bir tane sentetik bobin içyapısı oluúturulmuú ve serim planı çizilmiştir. Ayrıca, tasarlanmış devreler için ideal ve ideal olmayan durumlardaki karşılaştırmaları yapmak amacı ile performans analizleri de yapılmıştır.

Different electronic circuits have been designed with active and passive circuit components from past to present. With technological advancements, some properties such as scaling of the designed circuit sizes, decreasing of the power consumption, operating with low voltage and cost are important issues. Therefore, design of the passive circuit components with active circuit components has become widespread in analog circuit design. Besides, the circuits designed with only active circuit components are preferred in integrated circuit (IC) fabrication. The active circuit components can be classified into two groups as voltage-mode(VM) and currentmode(CM). The traditional operational amplifiers (OAs) can be given as an example for VM circuit compoenents whereas current conveyors (CCs), current feedback operational amplifiers (CFOA), current followers (CFs) can be given as an example for CM circuit components. The circuits based on CM active devices have some advantages such as good linearity, better bandwidth and greater dynamic range with respect to VM active devices. The circuit blocks designed with CCs are affected from both nonideal voltage gains and nonideal current gains. Thus, the use of unity gain cells (UGCs) instead of CCs in the analog IC applications with open loop configuration has several advantages such as high value bandwidth, wider dymanic range, lower power consumption and higher accuracy etc. In this study, active inductor circuits, active resistor circuits and universal active filter circuits are designed by the UGCs and negative impedance converters (NICs). An active inductor structure is created and its layout is drawn. Also, a number of performance analyses are performed for designed circuits. Key Words: Unity gain cells, current conveyors, circuit design with current-mode active devices