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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:周孟暐
研究生(外文):Meng-Wei Chou
論文名稱:以OTA為主動元件設計數位可程式萬用二階濾波器
論文名稱(外文):Analytical Synthesis of the Digitally Programmable Voltage-Mode OTA-C Universal Biquad
指導教授:張俊明林康平林康平引用關係
指導教授(外文):Chun-Ming ChangKang-Ping Lin
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:運算轉導放大器電壓式濾波器多功能濾波器分析設計法
外文關鍵詞:OTAVoltage Mode filterUniversal voltage-mode filterAnalytical Synthesis Methods
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以往的電壓式濾波電路沒有一個是數位可程式化(數位可程式化是指可以控制電路,輸出多種結果),原因在電壓式濾波器的訊號加減上需要額外的加法器及減法器才能達成訊號的加減,導致電壓式濾波電路結構很複雜,而本論文的設計使電壓式訊號也能藉由簡單的開關來達成訊號的加減,輸出五種濾波訊號,實現數位可程式化的功能。同時,在有關濾波器設計方面的論文上,以往只會使用一個分析設計法設計一種輸出的電壓式濾波電路,然而本論文使用一個分析設計法來設計了五種輸出的電壓式濾波電路。
由上述,提出一個新的電路設計,使用OTA為主動元件設計數位可程式電壓式萬用二階濾波電路,同時此電路還擁有幾項優點,所有的OTA皆是單端輸入,所有電容皆為接地電容,而且使用最少的主動元件和最少的被動元件來完成電路設計。
最後為了驗證設計之電路,使用H-spice進行模擬,製程參數使用的是TSMC-0.35μm,操作頻率為1MH。而模擬有下列幾種,分別是振幅與相位角頻率響應模擬、穩定度測試模擬、敏感度(靈敏度)模擬、蒙地卡羅模擬、線性範圍與動態範圍模擬、雜訊模擬、交互干擾頻譜模擬。
None of the recently reported voltage-mode versatile filters is digitally programmable like application of easy addition of current-mode filtering signals to do the synthesis. And none of the recently reported Analytical Synthesis Methods is used for the realization of a multifunction filter. Both the above two induced motivations of researches have been merged, developed, and solved in this brief on the voltage-mode OTA-C universal biquad filter which still achieves many advantages like the employments of all sigle-ended-input OTAs, all grounded capacitors, and the least number in addition to have an controllable gain, a cascadable input terminal, and no need to impose component matchongs.
To verify the theoretical analysis of the voltage-mode OTA-C universal biquad, the TSMC035 H-Spice using the 1MHz operating frequency. And this paper have 9 different simulations. Those are frequency response, power loss, Monte Carlo, sensitivity, stability, linearity and dynamic range, interactive modualation frequency, and noise and signal to noise ration.
目錄

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 XI
第一章 緒論 1
第二章 元件介紹及濾波電路文獻回顧 2
2-1.1 Nullator Model 2
2-1.2 Norator Model 3
2-1.3 OTA之元件介紹及理論特性 3
2-2 相關使用OTA設計的二階濾波電路 7
2-3 結語 12
第三章 濾波器介紹及電路設計 13
3-1濾波器介紹 13
3-2電路分析法 15
3-3以OTA為主動元件設計具有外部開關控制之二階電壓式濾波電路 18
3-4 結語 26
第四章 電路模擬 27
4-1 正規化與逆正規化(Normalization & Denormalization) 28
4-2.1 電路元件值計算 32
4-2.2 OTA開迴路(open loop)的特性 33
4-3 振幅與相位角頻率響應模擬 35
4-4穩定度測試模擬 38
4-5 敏感度(靈敏度)模擬 42
4-6蒙地卡羅模擬 45
4-7線性範圍與動態範圍模擬 50
4-8雜訊模擬 60
4-9交互干擾頻譜模擬 66
4-10功率損耗模擬 70
4-11 結語 70
第五章 總結與未來研究方向 71
參考文獻 74
[1] C.M. chang, and B.M. Al-Hashimi, "Analytical synthesis od current-mode high-order OTA-C filters", IEEE Trans. Circuits and Syst.-I, vol. 50, no.9, pp.1188-1192, Sept. 2003
[2] R.D. Reed, and R.l. Geiger, "An operational transconductance amplifier with multiple input and a wide linear range", in Proc. 29th Midwest Symp. Circuits and Systems, Lincoln, NE, pp.368-371, Aug. 1986.
[3] E. Sanchez-Sinencio, R.L. Geiger, and Nevarez-Lozano, "Generation of continuous-time two integrator loop OTA filiter structure", IEE: Trans. Circuits and Syst., vol.35, no.8, pp.936-946, Aug. 1988
[4] Y. Sun, "Second-order OTA-C filters derived from Nawrocki-Klein biquad"Electron. Lett., vol. 34, no. 15, pp. 1449-1450, July 1998.
[5] J. W. Horng, "Voltage-mode universal biquadratic filter with one input and five outputs using OTAs", Int. J Electron., vol. 89, no. 9, pp. 729-737, Sep. 2002.
[6] C. M. Chang, "New multifunction OTA-C biquads", IEEE: Trans. Circuits and Syst.-I, vol. 46, no. 6, pp. 820-824, June 1999.
[7] C. M. Chang, B. M. Al-Hashimi, Y Sun, and J. N. Ross, "New high-order filter structures using single-ended-input OTAs and grounded capacitors", IEEE: Trans. Circuits and Syst.-I, vol. 51, no. 9, pp. 458-463, Sep. 2004.
[8] S. Szczepanski, A. Wyszynski, and R. Schaumann, "Highly linear voltage-controlled CMOS trans- conductors", IEEE: Trans. Circuits and Syst.-I, vol. 40, no. 4, pp. 258-262, April 1993.
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