طراحی یک فیلتر چند حالته Gm-C با توان مصرفی پایین در ناحیه زیر آستانه

محورهای موضوعی : انرژی های تجدیدپذیر

محمد آقایی جشوقانی ¹ , مهدی دولتشاهی ²

1 - کارشناس ارشد/دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد
2 - استادیار/دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد

تاریخ دریافت : 1391/07/09 تاریخ پذیرش : 1392/06/18 تاریخ انتشار : 1392/08/10

کلید واژه: فیلتر چند حالته, اینورتر, زیر آستانه, Gm-C, .CMOS,

چکیده مقاله :

در این مقاله یک فیلتر Gm-C چند حالته (universal) مرتبه‌ی دو با قابلیت دریافت تمامی پاسخ‌های فیلتری (پایین گذر، بالاگذر، میان گذر، میان نگذر و تمام گذر)، تنظیم الکترونیکی فرکانس مرکزی ω0)) و ضریب کیفیت Q)) و عملکرد در چهار مد (ولتاژ، جریان، ترارسانایی و ترامقاومتی) مبتنی‌بر اینورتر (بلوک ترارسانایی) با بایاس شدن ترانزیستورها در ناحیه زیرآستانه (Sub Threshold) ارائه شده است. بایاس کردن تراتزیستورها در ناحیه زیرآستانه باعث کاهش مؤثر توان مصرفی فیلتر ارائه شده می‌گردد. استفاده از خازن‌های زمین شده به منظور کاهش اثرات پارازیتیکی از جمله ویژگی‌های مدار طراحی شده محسوب می‌شود. حساسیت کم فرکانس مرکزی و ضریب کیفیت نسبت به ترارسانایی‌ها و خازن‌ها نیز ویژگی‌های دیگر مدار پیشنهادی است. همچنین استفاده از اینورتر سبب کاهش مؤثر تعداد ترانزیستور‌های لازم برای تحقق مدار فیلتر و توان مصرفی فیلتر می‌گردد. سرانجام عملکرد فیلتر پیشنهاد شده در تکنولوژی 0.18 µm CMOS توسط HSPICE (LEVEL49) شبیه‌سازی و مورد ارزیابی قرار گرفت. فیلتر پیشنهاد شده دارای توان مصرفی 64.69 nW و منبع تغذیه‌ی ±0.3V است.

چکیده انگلیسی:

In this paper, a second order universal filter with the ability of electronically tuning central frequency (ω0) and quality factor (Q), based on the inverter as transconductance block which realizes multi-mode responses (voltage, current, transconductance, transresistance) in sub-threshold region, is presented. Biasing transistors in sub-threshold region, reduces the power consumption of the proposed filter and the grounded capacitors are used to reduce the parasitic effects which is another advantage of the proposed filter circuit. Furthermore, low sensitivity of the performance of the proposed filter to the values of gmi , Ci is considered as another advantage of the proposed circuit. In addition, realizing the proposed filter based on the inverter circuit leads to a reduced value of layout area as well as power consumption. Finally, the proposed filter performance is simulated in HSPICE using 0.18 µm (LEVEL49) CMOS technology parameters. As it is shown in the paper, the proposed filter consumes only 64.69 nW power in a ±0.3V supply voltage.

منابع و مأخذ:

[1] Xi. Zhu, Y. Sun, J. Moritz, ‘‘Design of current-mode gm-C MLF elliptic filters for wireless receivers’’, IEEE International Conference on Electronics Circuits and Systems ICECS., pp. 296-299, 2008.

[2] M. Yang, J. Liu, Y. Xiao, Y. Liao, ‘‘14.4 nw fourth-order band-pass filter for biomedical applications’’, Electronics Letters., Vol. 46, No. 14, pp. 973-974, 2010.

[3] A.J. Casson, V.E. Rodriguez, ‘‘A 60 pW gm C continuous wavelet transform circuit for portable EEG systems’’, IEEE Journal of Solid-State Circuits., Vol. 56, No. 6, pp. 1406–1415, 2011.

[4] C.C Hsu, W.S. Feng, ‘‘Structural design of current-mode biquad filters’’, International Journal of Electronics., Vol. 88, No. 1, pp. 41-51, 2001.

[5] T. Takao, S. Edasaki, S. Yasuaki, Y. Fukui, ‘‘Current-mode universal biquad filter using OTAs and DO-CCII’’, Frequenz., Vol. 60, No. 11-12, pp. 237–240, 2006.

[6] V.K. Singh, A.K. Singh, D.R. Bhaskar, R. Senani, ‘‘Novel mixed-mode universal biquad configuration’’, IEICE Electron Express, Vol. 2, No. 22, pp. 548-553, 2005.

[7] W.Y. Chiu, J.W. Horng, ‘‘High-Input and low-output impedance voltage-mode universal biquadratic filter using DDCCs’’, IEEE Transactions on Circuits and Systems II. Express Briefs., Vol. 54, No. 8, pp. 649-652, 2007.

[8] M.T. Abuelma’atti, Bentrcia, ‘‘A novel mixed-mode OTA-C universal filter’’, International Journal of Electronics., Vol. 92, No. 7, pp. 375–383, 2005.

[9] H. P. Chen, Y. Z. Liao, W. T. Lee, ‘‘Tunable mixed-mode OTA-C universal filter’’, Analog Integrated Circuits and Signal Processing., Vol. 58, No. 2, pp. 135-141, 2009.

[10] H. Barthélemy, S. Meillère, J. Gaubert, N. Dehaese, S. Bourdel, ‘‘OTA based on CMOS inverters and application in the design of tunable band pass filter’’, Analog Integrated Circuitsand Signal Processing., Vol. 57, No. 3, pp. 169-178, 2008.

[11] T.Y. Lo, C.C. Hungm, ‘‘A 1 GHz equiripple low-pass filter with a high-speed automatic tuning scheme’’, IEEE Transactions onVery Large Scale Integration (VLSI) Systems., Vol. 19, No. 2, pp. 175-181, 2011.

[12] 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, pp. 473-479, 2012.

[13] E.D.C. Cotrim, L.H.C. Ferreira, ‘‘An ultra-low-power CMOS symmetrical OTA for low-frequency Gm-C applications’’,  Analog Integrated Circuits and Signal Processing., Vol. 71, No. 2, pp. 275-282, 2012.

[14] S.Y. Lee, C.J. Cheng, ‘‘Systematic design and modeling of a OTA-C filter for portable ECG detection’’, IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems., Vol. 3, No. 1, pp. 53-64, 2009.

[15] D.R. Bhaskar, A.K. Singh, R.K. Sharma, R. Senani, ‘‘New OTA-C universal current-mode/trans-admittance biquads’’, IEICE Electronics Express., Vol. 2, No. 1, pp. 8–13, 2005.

[16] C. M. Chang, S. K. Pai, ‘‘Universal current-mode OTA-C biquad with the minimum components’’, IEEE Transactions on Circuits and Systems I. Fundamental Theory and Applications., Vol. 47, No. 8, pp. 1235-1238, 2000.