Translineer devrelerin tasarımı

Abstract

Logaritmik ortam süzgeçleri, akım modlu, sürekli zamanlı, aktif devreler kategorisindedirler. Düşük güç tüketimi, geniş giriş sinyali aralığı, düşük besleme gerilimi gibi özelliklerinden dolayı sürekli zamanlı aktif süzgeç tasarımında önemli bir alternatif olmaktadırlar. Frey tarafından sistematik bir tasarım yöntemi olan genelleştirilmiş durum uzayı sentez yönteminin geliştirilmesiyle logaritmik ortam süzgeçleri ilgi çekici bir konu haline gelmiştir. Bu devrelerin sentezlenmesinde Gilbert tarafından önerilen translineer prensibi kilit rol oynamaktadır. Bu çalışmada hedef olarak bir transfer fonksiyonu verildiğinde bu transfer fonksiyonuna karşılık gelen logaritmik ortam süzgeci tasarımı yapabilmek için genel yöntemler geliştirilmeye çalışılmıştır. Transfer fonksiyonundan blok diyagramı elde etmek için çeşitli yöntemler denenmiştir. KHN yapısında kayıpsız integral alıcı bloklar yerine kayıplı integral alıcı bloklar kullanmak suretiyle değişiklik yapılarak A sınıfı ve fark alan tip AB sınıfı logaritmik ortam süzgeçleri tasarlanmıştır. Kontrol edilebilir kanonik form (direct-form) kullanılarak fark alan tip AB sınıfı logaritmik ortam süzgeci tasarımı yapılmıştır. Direct-Form I ve Direct-Form II yöntemlerinde kayıpsız integral alma bloğu yerine çarpma-integral alma bloğu kullanılarak bu yöntemlerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Blok diyagramlarından süzgeç devresinin tasarımını yapabilmek için ihtiyaç duyulacak blok yapılar logaritmik ortamda sentezlenmiştir. Tasarım yapılırken durum uzayı sentez yöntemi ve translineer çevrim prensibi kullanılmıştır. Tasarlanan devrelerin en büyük avantajlarından biri de süzgeç devrelerinin doğal frekansının ve -tasarlanan tüm devrelerde aynı başarı elde edilemese de- kalite faktörünün elektronik olarak ayarlanabilmesidir. Teorik olarak tasarlanan devrelerin beklenen fonksiyonu yerine getirip getirmediğini denetlemek için ideal BJT modelleri kullanılarak PSpice yazılımı ile devrelerin benzetimi yapılmış ve teorik çalışmalar doğrulanmıştır. Daha sonra AT&T CBIC-R tipi BJT modelleri ile devre benzetimleri yapılarak sonuçlar incelenmiştir.

Log-domain circuits are in the category of current-mode, continuous-time, active circuits. They are a good alternative in continuous-time active filter design because they have low power consumption, wide dynamic-range and low voltage source characteristics. After a general synthesis method is proposed by Frey, log-domain filters became popular. Translinear principle proposed by Gilbert has a key role in synthesis of these circuits. The aim of this work is to develop general methods for design of log-domain filters from a given transfer function. Some methods are tried for obtaining block diagram from transfer function. KHN structure is modified by using lossy integrators instead of lossless integrators and class A and differential type class AB log domain filters are designed. Differential type class AB log-domain filters are designed by using controllable canonical form (direct-form). It is aimed to develop Direct-Form I and Direct-Form II methods by using multiplier-integrator block instead of lossless integrators. Blocks are synthesized in log-domain which are needed to design filter circuits from block diagrams. State-space synthesis method and translinear principle is used in design. One of the advantages of the designed circuits is the electronic tunability of the natural frequency and -although not very successful results obtained from all circuits- the quality factor of the filter circuits. Circuits are simulated and theoretical studies are verified with PSpice software using ideal BJT models to check whether the theoretically designed circuits fulfill the expected function. Then circuit simulations are performed with AT & T CBIC-R type BJT models and the results were investigated.