การวิเคราะห์เสถียรภาพของวงจรกรองแอ็คทีฟ-อาร์ซีอันดับ 3 ที่ใช้ออปแอมป์แบบปลายคู่

Article Sidebar

PDF
เผยแพร่แล้ว: ก.ค. 8, 2020
คำสำคัญ:
การวิเคราะห์เสถียรภาพ วงจรกรองแอ็คทีฟ-อาร์ซี การวิเคราะห์ในโหมดผลร่วม

Main Article Content

ชัยรัตน์ อุปถัมภ์เกื้อกูล
ภาควิชาครุศาสตร์ไฟฟ้า คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

บทคัดย่อ

บทความนี้นำเสนอการวิเคราะห์เสถียรภาพของวงจรกรองแอ็คทีฟ-อาร์ซีที่ใช้ออปแอมป์แบบปลายคู่ โดยวิเคราะห์จากอัตราขยายวงรอบในโหมดผลร่วมของวงจรกรอง จากนั้นทำการจัดรูป และวิเคราะห์ออกมาเป็นเกณฑ์ของเสถียรภาพอย่างง่ายที่เกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ของค่าส่งผ่านความนำในโหมดผลร่วมของออปแอมป์ (Common-mode Transconductance) ค่าความนำที่เอาต์พุตของออปแอมป์ (Output Conductance) และค่าตัวต้านทานที่ใช้ในวงจรกรอง จากนั้นจำลองการทำงานเพื่อพิสูจน์เกณฑ์ของเสถียรภาพ โดยออกแบบวงจรกรองความถี่แอ็คทีฟอาร์ซีเชบีเชพแบบปลายคู่อันดับที่ 3 ที่ความถี่แถบผ่าน 1 เมกกะเฮิรตซ์ และ 0.5 เดซิเบลริปเปิล ด้วยเทคโนโลยี CMOS 0.18 ไมโครเมตร ซึ่งในวงจรกรองจะใช้ออปแอมป์ชนิดคาสโคดแบบพับที่ผ่านการตั้งจุดทำงานโดยวงจรควบคุมแบบป้อนกลับ จากนั้นสังเกตผลการตอบสนองทางเวลาของวงจรกรองพบว่า ในกรณีที่วงจรอยู่ในเงื่อนไขเสถียรภาพผลการตอบสนองทางเวลาและจุดทำงานเป็นปกติ แต่ในกรณีที่วงจรไม่อยู่ในเงื่อนไขรูปคลื่นของสัญญาณมีความผิดเพี้ยน และจุดทำงานออกจากย่านที่ตั้งไว้ ซึ่งจากเกณฑ์ของเสถียรภาพอย่างง่ายที่ได้จากการวิเคราะห์จะช่วยให้นักออกแบบสามารถปรับแลกคุณสมบัติต่างๆ ของวงจรกรองได้อย่างเหมาะสมมีเสถียรภาพ และอิสระมากขึ้น

Article Details

ฉบับ
ปีที่ 30 ฉบับที่ 3 (2020): July-September, 2020
บท
บทความวิจัย ด้านวิศวกรรมศาสตร์

บทความที่ลงตีพิมพ์เป็นข้อคิดเห็นของผู้เขียนเท่านั้น
ผู้เขียนจะต้องเป็นผู้รับผิดชอบต่อผลทางกฎหมายใดๆ ที่อาจเกิดขึ้นจากบทความนั้น

References

[1] A. Vasilopulos, G. Vitzilaios, G. Theodoratos, and Y. Papananos “A low power wideband reconfigurable integrated Active-RC Filter with 73dB SFDR” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 41, pp. 1997–2008, September, 2006.

[2] J. Rogin, I. Kouchev, G. Brenna, D. Tschopp, and Q. Huang, “A 1.5-V 45 mW direct conversion WCDMA receiver IC in 0.13-m CMOS,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 38, no. 12, 2003.

[3] F. Ciciotti, M. De Matteis, and A. Baschirotto, “A 0.9V 75MHz 2.8mW 4th-order analog filter in CMOS-bulk 28nm technology” presented at IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Baltimore, MD, USA, May. 28–31, 2017.

[4] C. Upathamkuekool, A. Jiraseree-amornkun, and J. Mahattanakul, “Ultra low-power low-voltage active-RC Filter Design with on-chip automatic tuning,” in Proceedings the 8th Electrical Engineering/ Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI) Association of Thailand - Conference 2011, 2011, pp. 86–89 (in Thai).

[5] K. Trijpech, O. Wiriyanuruknakorn, and J. Mahattanakul, “Common-mode rejection ratio analysis of fully differential class AB two-stage op-amp with and without commonmode feedback circuit,” in Proceedings 7th International Conference on ASIC, 2007, pp. 557–560.

[6] B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Design of Analog CMOS Integrated Circuit. McGraw- hill, 2001, pp. 314–326.

[7] D. Johns and K. Martin, Analog Integrated Circuit Design. John Wiley and Sons, Inc., 1997, pp. 242–288.

[8] F. Ciciotti, M. De Matteis, and A. Baschirotto, “A 0.9V 600MHz 4th-order analog filter with feedforward compensated OPAMP in CMOS 28nm” presented at the 13th Conference on Ph.D. Research in Microelectronics and Electronics (PRIME), Giardini Naxos, Italy, June 12–15, 2017.

[9] S. Chatterjee, Y. Tsividis, and P. Kinget, “0.5-V analog circuit techniques and their applications to ota and filter design,” IEEE Journal Solid-State Circuits, vol. 40, no. 12, pp. 2373–2387, 2005.

[10] P. Khumsat and A. Worapishet, A 0.5-V R-MOSFET- C filter design using subthreshold R-MOSFET resistors and OTAs with cross-forward common-mode cancellation technique,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 47, no. 11, pp. 2751–2762, 2012.

[11] C. Upathamkuekool, A. Jiraseree-amornkun, and J. Mahattanakul, Ultra low-power lowvoltage active-rc filter design with on-chip automatic tuning,” presented at The 8th Electrical Engineering/ Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI) Association of Thailand - Conference 2011, Khon Kaen, Thailand, 2011 (in Thai).

[12] S. Pokaiudom, Negative Feedback Circuits and Oscillators. Bangkok: Mahanakorn university of technology, 2006 (in Thai).

[13] C. Upathamkuekool and J. Mahattanakul, Stability analysis of fully-differential active-RC filters with common-mode feedback network,” presented at the 14th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), Phuket, Thailand, 2017 (in Thai).

[14] A. Phillip, CMOS Analog Circuit Design. Oxford University Press, 2002, pp. 243–323.

[15] P. Gray, P. Hurst, S. Lewis and R. Meyer, Analysis and Design of analog Integrated Circuits. John Wiley & Sons Inc, Hoboken, 2010, pp. 404–470.