臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要實現二階低通、帶通、高通、帶拒與全通萬用濾波電路。類比濾波器是以簡化電路和精準的輸出信號為設計優先，因此本研究以此為目標而提出的設計法，先將二階低通、帶通、高通、帶拒與全通濾波電路的轉移函數以矩陣模式表示，並使用主動元件(CCII)特性完成矩陣關係式。

電路中的主動元件主要採用兩種特別的電流式主動元件：第二代電流傳輸器(Second-generation Current Conveyor; CCII) ，可實現三輸入一輸出，在電路設計過程中使用兩個主動元件、一個浮接電容、一個接地電容、兩個浮接電阻一個接地電阻，以完成最精簡之電路。
設計完成的電路以1000kHz 為操作頻率，並以電路模擬軟HSpice 使用
TSMC035μm 製程進行電路模擬與驗證，探討電路輸出信號不準確的因素，最後利用被動元件對頻率響應及敏感度分析與蒙地卡羅分析、穩定度做深入研究，將被動元件值進行理論合適調整並改善誤差。

In this study, the main achievement of Universal biquadratic filter circuit. Analog filter circuit is simplified and accurate output signals for the design considerations, this study as a goal of the proposed design method, the first Universal biquadratic filter circuit matrix model representation and use initiative to complete the matrix element characteristic relationship.
The main active components in the circuit uses second-generation current conveyors , the use of two active components in the circuit design process, one grounded capacitance, one floating capacitance ,two floating resistance and one ground resistance, to complete the most simple circuit.
The circuit design is completed for the operating frequency of 100kHz and Hspice software uses TSMC035μm process for circuit simulation, and discuss circuit output signal is not precise factorsFinally, the sensitivity of the frequency response of passive components analysis and Monte Carlo analysis to in-depth research.

目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
第二章 主動元件之介紹 5
2-1 相關主動元件的介紹 6
2-2 運算放大器（Operational Amplifier; OA） 6
2-3 第一代電流傳輸器(First-generation Current Conveyor; CCI) 9
2-4 第二代電流傳輸器(Second-generation Current Conveyor; CCII) 11
2-5 結論: 15
第三章 參考文獻 16
3-1 以回授設計實現運算放大器 17
3-2 以CFA設計低敏感的電壓式濾波器及電流式濾波器 18
3-3 以RL及CD當阻抗設計電流回授放大器及其應用 19
3-4 以負型第二代電流傳輸器及一個緩衝器設計一個新的多功能濾波器 20
3-5 結論: 22
第4章 利用CCII 為主動元件設計二階巴特沃茲三輸入一輸出濾波電路 23
4.1. 巴特沃茲濾波器(Butterworth Filter)之介紹 24
4-2設計二階萬用濾波電路實現 28
4-3 萬用濾波電路合成及元件值計算 32
4-4 結論: 33
第五章 二階萬用濾波電路之模擬 34
5-1二階萬用濾波信號之模擬與理論值對照 34
5-2 二階萬用濾波電路之穩定度(Stability)說明及模擬結果 40
5-3二階萬用濾波電路之蒙地卡羅模擬結果 45
5-4 二階萬用濾波電路之雜訊 (Noise)模擬結果雜訊 53
5-5 二階萬用濾波電路功率消耗最大值 57
5-6 二階萬用濾波電路之敏感度(Sensitivity)分析及模擬結果 57
5-7萬用濾波電路之線性範圍模擬結果 63
5-8萬用濾波電路之動態範圍模擬結果 67
5-9 結論 67
第六章 結論與未來研究方向 69
參考文獻 72
圖目錄

圖2-1 理想放大器的Nullor 模型及電路符號 7
圖2-2 運算放大器(OA)之內部電路 9
圖2-3 CCI 之元件符號 11
圖2-4 CCI 之Nullor 等效模型 11
圖2-5 CCII 之元件符號 13
圖2-6 CCII 之Nullor模型.......................................... 13
圖2-7 CCII 之Nullor簡化模型...................................... 13
圖2-8 CCII+之內部電路 14
圖 2-9 CCII-內部電路圖 14
圖3-1為學者A. Fabre所提出的帶通與高通濾波電路 17
圖3-2為學者A. Fabre所提出的帶通與低通濾波電路電路 17
圖3-3為學者A. Fabre所提出的帶拒、高通濾波電路 18
圖3-4為S.-J. Liu and Y.-S. Hwang兩位學者所提出的以RL及CD當阻抗設計電流回授放大器電路 20
圖3-5為D.-S. Wu, Y.4. Hwang, SA. Liu and Y.-P. Wu三位學者所提出以單個CCII設計出以負型第二代電流傳輸器及一個緩衝器設計一個新的多功能濾波電路...............................................................21
圖4-1迴路分析法示意圖 25
圖4-2迴路分析法示意圖(接地) 26
圖4-3節點分析法示意圖 27
圖4-4節點分析法示意圖(接地) 27
圖4-5 CCII 之元件符號 30
圖4-6 現4-16式之電路 31
圖5-1 二階低通頻率響應圖 36
圖5-2 二階帶通頻率響應圖 37
圖5-3 二階高通頻率響應圖 38
圖5-4 二階帶拒頻率響應圖 39
圖5-5 二階全通頻率響應圖 40
圖5-6 極點和零點在複數平面中的位置 41
圖5-7 極點位置與穩定度之關係。 42
圖5-8 二階低通濾波電路穩定度之模擬結果 43
圖5-9 二階帶通濾波電路穩定度之模擬結果 43
圖5-10 二階高通濾波電路穩定度之模擬結果 44
圖5-11 二階帶拒濾波電路穩定度之模擬結果 44
圖5-12 二階全通濾波電路穩定度之模擬結果........................... 45
圖5-13 二階低通濾波電路之蒙地卡羅模擬(被動元件變動±5%) 46
圖5-14 二階低通濾波電路fc之五十次隨機分布(被動元件變動5%) 47
圖5-15 二階帶通濾波電路之蒙地卡羅模擬(被動元件變動±5%) 48
圖5-16 二階帶通濾波電路fc之五十次隨機分布(被動元件變動5%) 48
圖5-17 二階高通濾波電路之蒙地卡羅模擬(被動元件變動±5%) 49
圖5-18 二階高通濾波電路fc之五十次隨機分布(被動元件變動5%) 50
圖5-19 二階帶拒濾波電路之蒙地卡羅模擬(被動元件變動±5%) 51
圖5-20 二階帶拒濾波電路fc之五十次隨機分布(被動元件變動5%) 51
圖5-21 二階全通濾波電路之蒙地卡羅模擬(被動元件變動±5%) 52
圖5-22 二階全通濾波電路fc之五十次隨機分布(被動元件變動5%) 52
圖5-23 二階低通濾波電路之雜訊 54
圖5-24 二階帶通濾波電路之雜訊 54
圖5-25 二階高通濾波電路之雜訊 55
圖5-26 二階帶拒濾波電路之雜訊 55
圖5-27 二階全通濾波電路之雜訊 56
圖5-28 二階低通濾波電路的fc敏感度與元件變動5%之關係 59
圖5-29 二階帶通濾波電路的fc敏感度與元件變動5%之關係 60
圖5-30 二階高通濾波電路的fc敏感度與元件變動5%之關係 61
圖5-31 二階帶拒濾波電路的fc敏感度與元件變動5%之關係 62
圖 5-32 二階巴特沃茲低通濾波器電壓轉換曲線-(HSPICE 模擬) 63
圖 5-33 二階巴特沃茲帶通濾波器電壓轉換曲線-(HSPICE 模擬) 64
圖 5-34 二階巴特沃茲高通濾波器電壓轉換曲線-(HSPICE 模擬) 64
圖 5-35 二階巴特沃茲低通濾波器操作在線性範圍時輸出入波形-(HSPICE 模擬) 65
圖 5-36 二階巴特沃茲帶通濾波器操作在線性範圍時輸出入波形-(HSPICE 模擬) 66
圖 5-37 二階巴特沃茲高通濾波器操作在線性範圍時輸出入波形-(HSPICE 模擬) 66
圖 5-38 二階巴特沃茲低通濾波器操作在動態範圍時輸出入波形-(HSPICE 模擬) 68
圖 5-39 二階巴特沃茲帶通濾波器操作在動態範圍時輸出入波形-(HSPICE 模擬) 68
圖 5-40 二階巴特沃茲高通濾波器操作在動態範圍時輸出入波形-(HSPICE 模擬) 69






表目錄
表4-1 二階電路元件值 33
表5-1 二階電路元件值 35
表5-2 二階電路模擬及理論比較 36
表5-3 二階電路模擬及理論比較 37
表5-4 二階電路模擬及理論比較 38
表5-5 二階電路模擬及理論比較 39
表5-6 二階電路模擬及理論比較 40
表5-7 分析低通蒙地卡羅最大最小值 47
表5-8 分析帶通蒙地卡羅最大最小值 49
表5-9 分析高通蒙地卡羅最大最小值 50
表5-10 分析帶拒蒙地卡羅最大最小值 52
表5-11 二階萬用濾波電路雜訊 57
表5-12 二階低通、帶通、高通、帶拒、全通濾波電路功率消耗最大值 57
表5-13 二階低通濾波電路的fc敏感度與元件變動5%之資料 60
表5-14 二階帶通濾波電路的fc敏感度與元件變動5%之資料 60
表5-15 二階高通濾波電路的fc敏感度與元件變動5%之資料 61
表5-16 二階帶拒濾波電路的fc敏感度與元件變動5%之資料 62

參考文獻
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