臺灣博碩士論文加值系統

本論文提出一電流式二階巴特沃茲萬用濾波器，其主動元件使用單一個第二代電流傳輸器且使用回授電容來設計電路。本論文的設計方法為，將二階萬用濾波器的轉移函數以矩陣模式表示，利用主動元件電流傳輸器的特性和使用節點分析法(Noldal Analysis)完成矩陣關係式。
　　第二代電流傳輸器(Second-generation Current Conveyor，簡稱CCII)為電路中的主動元件，此元件為電流式主動元件。以電流傳輸器設計之電路具有以下優點: (1)改變部分被動元件，可輸出任意波型之濾波電路 (2)將電容接地，減少寄生電容並且將電路面積縮小(3)其電路靈感度較低(4)不需元件匹配、可以正交方式調整其品質因素與諧振頻率等優點。
在電路的精準度、穩定度、敏感度、蒙地卡羅、動態範圍及線性範圍、交互調變頻譜等電路特性使用TSMC 3.3-V 0.35-μm CMOS製程參數進行電路特性模擬。

The theis propose a current second-order Butterworth filter Universal，Its active components using a single second-generation current conveyor and using feedback capacitor circuit design. In this paper, the design method of the second order mode is represented by a matrix million for the transfer function of the filter, using active element current transmitter characteristics and use of nodal analysis (Noldal Analysis) to complete the matrix relationship.
　　The second-generation current conveyor (Second-generation Current Conveyor, referred CCII) for the active circuit element, this element is a current type active element. In the current conveyor circuit design has the following advantages: (1) changing section passive components, can output an arbitrary waveform of the filter circuit (2) the capacitance to ground, reducing the parasitic capacitance and the circuit area reduced (3) The circuit inspiration degrees above low (4) without matching element, you can adjust the quality factor and the resonant frequency of the advantages of orthogonal mode.
　　Degree in accuracy, stability circuit, sensitivity, Monte Carlo, dynamic range and linearity, and other interactive modulation spectrum characteristics of the circuit using the TSMC 3.3-V 0.35-μm CMOS process parameters characteristic of the circuit simulation.

目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 XI
第一章緒論 1
第二章電流式主動元件基本特性介紹 2
2-1運算放大器(Operational Amperlifier;OA) 2
2-2第二代電流傳輸器(Second-generation Current Conveyor，CCII) 5
2-2.1 Nullator Model 5
2-2.2 Norator Model 6
2-2.3 Nullor Model等效模型 7
2-3 電流傳輸器(CC)基本特性 8
2-3.1 第一代電流傳輸器(First-generation Current Conveyor; CCI) 8
2-3.2第二代電流傳輸器(Second-generation Current Conveyor;CCII) 10
2-3.3 第三代電流傳輸器(Third-generation current conveyor ;CCIII) 14
2-4 結論 16
第三章 濾波電路文獻回顧 17
3-1 二階電流傳輸器濾波電路文獻回顧 17
3-2 結論 21
第四章以第二代電流傳輸器為主動元件設計電流式CCII二階萬用濾波電路 22
4-1 電路分析法 22
4-2 電路設計與實現 26
4-3 結論 34
第五章 電流式二階濾波電路模擬 35
5-1.1正規化與逆正規化(Normalization &; Denormalization) 36
5-1-2 電路元件值計算 40
5-2 電路模擬 46
5-2-1 頻率響應(Frequency Response) 46
5-2-2 蒙地卡羅(Monte Carlo Method)模擬 49
5-2-3 雜訊(Noise)與功率損耗(Power Dissipation)之模擬 58
5-2-4 穩定度(Stability) 63
5-2-5 敏感度(Sensitivity)模擬 67
5-2-6動態範圍(Dynamic Range)及線性範圍(Linear Range) 73
5-2-7 交互調變頻譜(Spectrum of Intermodulation) 82
5-3-1 使用回授與否之比較 86
5-3-2 結論 87
第六章 未來目標及研究方向 89
參考文獻 91
圖目錄
圖2-1.a運算放大器(OA)之元件符號圖示 3
圖2-1.b運算放大器(OA)之元件符號圖示 4
圖2-2.a第二代電流傳輸器(CCII)之元件符號圖示 5
圖2-2.b Nullator 模型 6
圖2-2.c Norator模型 6
圖2-2.d 正型Norator 7
圖2-2.f Nullor 等效模型 7
圖2-3.a CCI之元件符號 10
圖2-3.b CCI之Nullor元件符號 10
圖2-3.c CCII 之元件符號 11
圖2-3.d CCII 之Nullor模型 11
圖2-3.e CCII 之簡化Nullor模型 12
圖2-3.f CCII+- 之內部電路 12
圖2-3.g CCII+ 之內部電路 13
圖2-3.h CCII- 之內部電路 13
圖2-3.i CCIII之元件符號 15
圖2-3.j 以雙輸出端CCII實現CCIII 15
圖2-3.k 以雙輸出端CCII實現CCIII 16
圖3-1.a Sallen-key 低通電路 18
圖3-1.b Sallen-key高通電路 18
圖3-1.c Sallen-key帶通電路 18
圖3-1.d TOUMAZOU和LIOGEY學者所發表CCII二階濾波電路 19
圖3-1.e V. K. SINGH 和R. SENANl學者所發表CCII二階濾波電路 20
圖4-1.a Nodal Analysis示意圖 23
圖4-1.b Nodal Analysis中間點接地 23
圖4-1.c Loop Analysis示意圖 24
圖4-1.d Loop Analysis一點接地 25
圖4-2.a 子電路架構與節點方程式 26
圖4-2.b 二階電路雛形 28
圖4-2.c 設計電路一 31
圖4-2.d 設計電路二 33
圖5-2-1.a 高通濾波器工作於1MHz頻率響應圖 46
圖5-2-1.b 低通濾波器工作於1MHz頻率響應圖 47
圖5-2-1.c 全通濾波器工作於1MHz頻率分貝及PHASE響應圖 47
圖5-2-1.d 帶通濾波器工作於1MHz頻率響應圖 48
圖5-2-1.e 帶拒濾波器工作於1MHz頻率響應圖 49
圖5-2-2.a 高通濾波器之Monte Carlo頻率響應 50
圖5-2-2.b 高通濾波器Monte Carlo f3dB之頻率分佈 50
圖5-2-2.c 低通濾波器之Monte Carlo頻率響應 51
圖5-2-2.d 低通濾波器Monte Carlo f3dB之頻率分佈 52
圖5-2-2.e 全通濾波器之Monte Carlo頻率響應 52
圖5-2-2.f 全通濾波器Monte Carlo fc之頻率分佈 53
圖5-2-2.g 帶通濾波器之Monte Carlo頻率響應 53
圖5-2-2.h帶通濾波器Monte Carlo peak之峰值分佈 54
圖5-2-2.i帶通濾波器Monte Carlo fc之峰值分佈 55
圖5-2-2.j帶拒濾波器之Monte Carlo頻率響應 56
圖5-2-2.k 帶拒濾波器Monte Carlo peak之峰值分佈 56
圖5-2-2.l帶拒濾波器Monte Carlo fc之峰值分佈 57
圖5-2-3.a 高通(High-Pass)濾波器之雜訊 58
圖5-2-3.b 低通(Low-Pass)濾波器之雜訊 59
圖5-2-3.c 全通(All-Pass)濾波器之雜訊 59
圖5-2-3.d 帶通(Band-Pass)濾波器之雜訊 60
圖5-2-3.e 帶拒(Band-Reject)濾波器之雜訊 60
圖5-2-4.a 極點位置對於穩定度之關係圖 63
圖5-2-4.b 二階高通濾波器穩定度之模擬結果 64
圖5-2-4.c 二階低通濾波器穩定度之模擬結果 64
圖5-2-4.d 二階全通濾波器穩定度之模擬結果 65
圖5-2-4.e 二階帶通濾波器穩定度之模擬結果 65
圖5-2-4.f 二階帶拒濾波器穩定度之模擬結果 66
圖5-2-5.a 高通濾波器之f3dB敏感度及元件變化 67
圖5-2-6.b 低通濾波器之f3dB敏感度及元件變化 68
圖5-2-5.c 全通濾波器之fc敏感度及元件變化 69
圖5-2-5.d 帶通濾波器之fc敏感度及元件變化 70
圖5-2-5.e 帶拒濾波器之fc敏感度及元件變化 71
圖5-2-6.a 高通濾波器之輸入與輸出關係 74
圖5-2-6.b 高通濾波器之線性範圍輸入輸出波形 74
圖5-2-6.c 高通濾波器之非線性範圍輸入輸出波形 75
圖5-2-6.d 低通濾波器之輸入與輸出關係 75
圖5-2-6.e 低通濾波器之線性範圍輸入輸出波形 76
圖5-2-6.f 低通濾波器之非線性範圍輸入輸出波形 76
圖5-2-6.g 全通濾波器之輸入與輸出關係 77
圖5-2-6.h 全通濾波器之線性範圍輸入輸出波形 77
圖5-2-6.i 全通濾波器之非線性範圍輸入輸出波形 78
圖5-2-6.j 帶通濾波器之輸入與輸出關係 78
圖5-2-6.k 帶通濾波器之線性範圍輸入輸出波形 79
圖5-2-6.l 帶通濾波器之非線性範圍輸入輸出波形 79
圖5-2-6.m 帶拒濾波器之輸入與輸出關係 80
圖5-2-6.n 帶拒濾波器之線性範圍輸入輸出波形 80
圖5-2-6.o 帶拒濾波器之非線性範圍輸入輸出波形 81
圖5-2-7.a 高通濾波器之交互調變頻譜 83
圖5-2-7.b 低通濾波器之交互調變頻譜 83
圖5-2-7.c 全通濾波器之交互調變頻譜 84
圖5-2-7.d 帶通濾波器之交互調變頻譜 84
圖5-2-7.e帶拒濾波器之交互調變頻譜 85
表目錄
表 5-1-1 圖(4-2.c)之元件值 42
表 5-1-2 圖(4-2.d)之元件值 45
表5-2-1 頻率響應之理論與模擬值之誤差 49
表5-2-2 蒙地卡羅高通隨機分布之ｆ3dB最大值與最小值 51
表5-2-3 蒙地卡羅低通隨機分布之ｆ3dB最大值與最小值 52
表5-2-4 蒙地卡羅全通隨機分布之fPhase最大值與最小值 53
表5-2-5 蒙地卡羅帶通隨機峰值分布之最大值與最小值 54
表5-2-6 蒙地卡羅帶通隨機分布之ｆc最大值與最小值 55
表5-2-7蒙地卡羅帶拒峰值分布之最大值與最小值 56
表5-2-8 蒙地卡羅帶通隨機分布之ｆc最大值與最小值 57
表5-2-9 五種濾波器之雜訊(Noise)值 61
表5-2-10 五種濾波器之功率消耗 62
表5-2-11高通濾波器f3dB敏感度與元件變化 68
表5-2-12 低通濾波器f3dB敏感度與元件變化 69
表5-2-13 全通濾波器fc敏感度與元件變化 70
表5-2-14 帶通濾波器fc敏感度與元件變化 71
表5-2-15 帶拒濾波器fc敏感度與元件變化 72
表5-3-1頻率響應之誤差比較 86
表5-3-2蒙地卡羅之誤差比較 86
表5-3-3雜訊之比較 87
表5-3-4 功率消耗之比較 87

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