øleri Analog Tümdevre Tasarımı

ELE512
øleri Analog Tümdevre Tasarımı
2009-2010 Bahar Yarıyılı
ÖDEV 3
(24 Mart 2010, Süre 3 haftadır)
Akım modlu DO-OTA-C süzgeci yapıları kullanılarak akort frekansı f = 3.5MHz
olan 4. dereceden Butterworth tipi bir alçak geçiren süzgeç tasarlanacaktır.
Süzgecin geçiú iúlevi genel durumda
úeklindedir. 4. dereceden Butterworth tipi süzgeç için payda normalize olarak
D(s) = (s2 + 0,765s +1). (s2 + 1,848s +1)
biçimindedir. Buna göre, ilk hücrenin de÷er katsayısı QP1 = 1.307, ikinci hücrenin
de÷er katsayısı da QP2 = 0.541 de÷erinde olmaktadır. Süzgeç geçirme bandında birim
kazanç sa÷layacaktır.
I- OTA Tasarımı
a- Süzgecin gerçekleútirilmesinde kullanılmak üzere, 0.35Pm CMOS teknolojisi ile
bir DO-OTA yapısı tasarlayınız. (OTA'ların kutuplama akımlarının
Iss d 100PA bölgesinde, e÷imlerinin de gm d 150PA/V bölgesinde seçilmesi
önerilir. Devreyi tasarlayarak tranzistorların boyutlarını belirleyiniz.)
Yukarıda belirtilen çalıúma bölgesi içinde
- E÷imin band geniúli÷inin f3dB > 75 MHz,
- Giriú iúaretinin lineer de÷iúim aralı÷ının -1V d VIN d 1V
- Çıkıú iúaretinin lineer de÷iúim aralı÷ının -1V d VIN d 1V
- Çıkıú direncinin RO+, RO- > 100 M:
olması beklenmektedir.
SPICE benzetim programı yardımıyla devrenin
b- DC akım geçiú karakteristi÷ini çıkartınız; (I SS kutuplama akımı parametre
olarak alınacaktır),
c- DC gerilim geçiú karakteristi÷ini çıkartınız; (ISS kutuplama akımı parametre
olarak alınacaktır),
d- gm1 ve gm2 geçiú iletkenliklerinin ISS kutuplama akımı ile de÷iúimlerini (gm1= gm1 (ISS),
gm2 = gm2(ISS), kutuplama akımı ba÷ımsız de÷iúken olarak alınacaktır),
e- gm1 ve gm2 geçiú iletkenliklerinin frekansla de÷iúimini (ISS kutuplama akımı
parametre olarak alınacaktır),
f- ZO+ ve ZO- çıkıú empedanslarının frekansla de÷iúimini (ISS kutuplama akımı
parametre olarak alınacaktır), her kutuplama akımı için çıkıú direncini ve çıkıú
kapasitesini belirleyiniz,
Elde etti÷iniz sonuçları yorumlayınız, OTA tasarımında öngördü÷ünüz hedeflere
ulaúıp ulaúamadı÷ınızı araútırınız.
II- Süzgeç tasarımı
a- Aktif süzgeç devresini oluúturunuz. Devre elemanlarını ve OTA'ların
kutuplama akımlarını belirleyiniz.
SPICE benzetim programı yardımıyla
b- Süzgecin frekans yanıtını çıkartınız, frekans yanıtını ideal elemanlarla kurulan
süzgeç karakteristi÷i ile aynı eksen takımına çiziniz. (Her bir katı ayrı ayrı
çalıútırmanız ve daha sonra artarda ba÷lamanız önerilir.)
c- Süzgecin giriúine uygulanabilecek maksimum iúaret genli÷inin nasıl
hesaplanaca÷ını araútırınız. Buldu÷unuz ba÷ıntı yardımıyla maksimum giriú
iúaret genli÷ini hesaplayınız. (Her bir katı ayrı ayrı incelemeniz ve daha sonra
devrenin tümünü ele almanız önerilir.)
d- Süzgecin büyük iúaret yanıtını inceleyiniz. (Bunun için çıkıúı çok küçük bir
dirençle referansa ba÷layınız, akort frekansında uygulanan bir giriú iúaretini
belirli adımlarla arttırarak çıkıútaki THD(%) toplam harmonik
distorsiyonunun giriú iúareti seviyesine ba÷lı de÷iúimini belirleyiniz, Daha
sonra giriú iúaretini düúük distorsiyonlu bir seviyede tutarak yük direncini
de÷iútiriniz, VO çıkıú geriliminin ve THD(%) toplam harmonik
distorsiyonunun yük direncine ba÷lı de÷iúimini bulunuz).
e- Elde etti÷iniz sonuçları ayrıntılı bir úekilde irdeleyiniz.