Continuous-time active-RC filter model for computer-aided design and optimization

• Autorzy: Kozieł S.

Warianty tytułu

PL

Ogólny model filtru aktywnego RC czasu ciągłego dla komputerowo wspomaganego projektowania i optymalizacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper, a general model of integrator-based continuous-time Active-RC filters is presented. More specifically, filter structures containing inverting amplifiers and passive feedback network are considered. The structure is analyzed using matrix description. The explicit transfer function formula is given in general case. The extensions of the model that take into account finite DC gain and finite bandwidth of operational amplifiers as well as other non-ideal effects are presented. We also perform a noise analysis of the Active-RC filters in general setting. The matrix-based approach is formulated especially for efficient use in computer-aided analysis and design of Active-RC filters. For the sake of illustration, a few examples of application of the proposed approach are given.

PL

W pracy przedstawiono ogólny model filtru aktywnego RC opartego na wzmacniaczach odwracających fazę. Model analizowany jest przy użyciu równań macierzowych. Podano jawna formule określająca funkcje przenoszenia filtru w ogólnym przypadku. Przedstawiono rozszerzenia modelu pozwalające uwzględniać nieidealność wzmacniaczy operacyjnych, w tym skończone wzmocnienie i pasmo przenoszenia oraz niezerową rezystancję wyjściową. Wyprowadzono również ogólne formuły pozwalające wyznaczyć odniesione do wejścia widmo szumów dla dowolnego filtru rozważanej klasy. Otrzymane wyniki teoretyczne zostały zweryfikowane poprzez porównanie z wynikami otrzymywanymi za pomocą symulatora SPICE dla wybranych przykładów filtrów dolnoprzepustowych: filtru Czebyszewa 3-go rzędu oraz filtru Butterwortha 5-go rzędu. Dzięki sformułowaniu modelu w języku algebry liniowej może on być łatwo zaadoptowany do użycia we wspomaganym komputerowo projektowaniu i optymalizacji filtrów aktywnych RC. Jako ilustracje, przedstawiono zastosowanie modelu do rozwiązania praktycznych problemów: określenia wymagań projektowych dla wzmacniacza operacyjnego jako elementu aktywnego w dolnoprzepustowym filtrze Czebyszewa trzeciego rzędu dla zastosowań w części analogowej modemu VDSL, oraz optymalizacji parametrów szumowych tegoż filtru.

Słowa kluczowe

EN

active-RC filters; noise analysis; continuous-time filters

PL

filtry aktywne RC; filtry czasu ciągłego; analiza szumowa

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN SA
• Czasopismo: Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 51, z. 2
• Strony: 335--359
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., tab., wykr., rys.

Twórcy

autor

Kozieł S.

• Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics, GdańskUniversity of Technology, 80-952 Gdańsk, Poland,

Bibliografia

• 1. R. Schaumann, M. S. Ghausi, K. R. Laker: Design of Analog Filters. Passive, Active RC, and Switched Capacitor. Englewood Cliff, NJ: Prentice-Hall, 1990.
• 2. К. Su: Analog Filters. Kluwer Academic Publishers, 2002.
• 3. Y. Sun ( Editоr): Design of high frequency integrated analogue filters. The Institution of Electrical Engineers, London, 2002.
• 4. S.- S. Lee: Integration and System Design Trends of ADSL Analog Front Ends and Hybrid Line Interfaces. Proc. IEEE Custom Integrated Circuits Conf., 2002, pp. 37-44.
• 5. H. Weinberger, A. Wiesbauer, M. Clara, C. Fleischhacker, T. Potscher, B. Seger: A 1.8V 450mW VDSL 4-Band Analog Front End IC in 0.18µm CMOS. Proc. IEEE Solid-State Circuits Conf. ISSCC, 2002, Vol. 1, pp. 326-471.
• 6. N. Tan, F. Caster, C. Eichrodt, S.O. George, B. Horng, J. Zhao:A Universal Quad AFE with Integrated Filters for VDSL, ADSL, and G.SHDSL. Proc. IEEE Custom Integrated Circuits Conf., 2003, pp. 599-602.
• 7. J. Jussila, К. Halonen: A 1.5 V active RC filter for WCDMA applications. Proc. IEEE Int. Conf. Electronics Circuits. Syst. ICECS, 1999, Vol. 1, pp. 489-492.
• 8. W. Khalil, T.-Y. Chang, X. Jiang, S.R. Naqvi, B. Nikjou, J. Tseng: A highly integrated analog front-end for 3G. IEEE J. Solid-State Circuits, 2003, Vol. 38, pp. 774-781.
• 9. C. Frost, G. Levy, B. Allison: A CMOS 2 MHz self-calibrating bandpass filter for personal area networks. Proc. Int. Symp. Circuits Syst. ISCAS, 2003, Vol. 1, pp. 485-488.
• 10. C. S. Wоng: A 3-V GSM baseband transmitter. IEEE J. Solid-State Circuits, 1999, Vol. 34, pp. 725-730.
• 11. J. Harrison, N. Weste: 350MHz opamp-RC filter in 0.18µm CMOS. Electron. Lett., 2002, Vol. 38, pp. 259-260.
• 12. R. Schaumann, M. A. Van Valkenburg: Design of Active Filters. Oxford University Press, New York, 2001.
• 13. S. Kozieł, S. Szczepański, R. Schaumann: General Approach to Continuous-Time Gm - C Filters. Int. J. Circuit Theory Appl., 2003, Vol. 31, pp. 361-383.
• 14. P. J. Вiliam: Practical optimization of noise and distortion in Sallen and Key filter sections. IEEE J. Solid-State Circuits, 1979, Vol. SC-14, pp. 768-771.
• 15. P. Bowron, К. A. Mezher: Noise and sensitivity optimization in the design of second-order single-amplifier filters. Int. J. Circuit Theory Appl., 1991, Vol. 19, pp. 389-402.
• 16. D. T. Nguyen, B.D. Miller: State-space noise calculation for single-operational-amplifier RC filters. IEE Proc. G, 1984, Vol. 131, pp. 114-118.
• 17. L. Toth, G. Efthivoulidis, V. Gopinathan, Y. P. Tsividis: General Results for Resistive Noise in Active RC and MOSFET-C Filters. IEEE Trans. Circuits Syst.II, 1995, Vol. 42, pp. 785-793.