İşaret akış diyagramı yöntemi ile logaritmik ortam süzgeç tasarımı / Logarithmic domain filter design with signal flow graph method

Abstract

Bu tez çalışmasında, logaritmik ortam devrelerinin incelenmesi amacıyla, işaret akış diyagramı yöntemi ile akım modlu beşinci derece Butterworth alçak geçiren süzgeç tasarımı gerçekleştirilmiştir.Sistemin girişleri ve çıkışları arasında doğrusal bir ilişki elde etmek amacıyla doğrusal olmayan elemanların karakteristiklerine herhangi bir müdahale gerektirmeyen ELIN sistemler tercih edilmektedir. ELIN sistemlerin bir alt sınıfı olan logaritmik ortam süzgeçleri akım modlu, analog ve aktif devre özelliklerini taşımaktadır. Bu yapı doğrudan BJT ve zayıf evirtim bölgesindeki MOS transistörlerin üstel akım-gerilim ilişkisine dayanmaktadır. Hız ve frekans cevabı açısından gerilim modlu devrelere göre daha avantajlı olması, akım modlu devrelere olan ilginin artmasını sağlamıştır. Ayrıca akım modlu devre bloklarının daha düşük besleme gerilimleri ile gerçeklenebilmesi oldukça önemli bir üstünlüktür. Tez çalışmasında tasarımı gerçekleştirilen süzgeçler bahsedilen avantajların tümüne sahiptir.Tez çalışması beş bölümden oluşmaktadır: Birinci bölümde konuya genel bir giriş yapılmış; ikinci bölümde, literatürde yer alan konuyla ilgili çalışmalar ayrıntılı olarak incelenmiş; üçüncü bölümde, genel olarak süzgeçler, logaritmik ortam temel kavramları ve sentez yöntemleri ele alınmıştır. Ayrıca sentez yöntemlerinin avantajları ve dezavantajları açıklanmıştır ve işaret akış diyagramı yönteminin diğer sentez yöntemlerinden daha kullanışlı bir sentez yöntemi olduğu belirtilmiştir. Dördüncü bölümde, çift modlu bluetooth/wi-fi alıcı devresi tanıtılmış ve bu alıcı standardını belirleyen beşinci dereceden alçak geçiren butterworth logaritmik süzgeci tasarlanmıştır. Süzgecin kesim frekansı harici akım kaynakları değiştirilerek elektronik olarak ayarlanabilmektedir. Önerilen devrenin tamamı, BJT'ler ve topraklanmış kapasitörler kullanılarak gerçeklenmiştir. Bu durum tümdevre teknolojisine uygun devreler elde edilmesini sağlamıştır. Harici olarak doğrusal dahili olarak doğrusal olmayan yapısından dolayı bu süzgeç düşük bozunum, düşük güç tüketimi, düşük besleme gerilimi ve geniş dinamik çalışma aralığı özelliklerine sahiptir. Ayrıca devre doğrusal eşdeğer devrenin sahip olduğu düşük duyarlılık gibi avantajları da kaybetmemiştir. Tasarlanan süzgecin ORCAD Pspice (v.9.2) benzetim programı ile benzetimi gerçekleştirilmiştir. Farklı transistörler ile elde edilen benzetim sonuçları karşılaştırılmıştır. Çalışmada çeşitli transistör parametrelerinin süzgece olan etkileri ayrı ayrı incelenmiştir. Son bölümde, elde edilen sonuçlar yorumlanmış ve bu sonuçlara dayalı olarak gelecekte yapılması muhtemel çalışmalar tartışılmıştır. In this study, in order to examine the logarithmic domain circuits, current-mode fifth order Butterworth lowpass filter design are carried out with signal flow graph method. ELIN systems that do not require any intervention on the characteristics of the non-linear elements to achieve a linear relationship between inputs and outputs of the system are preferred. This structure directly is based on the exponential current-voltage relationship of BJT and MOS transistors in weak inversion. In terms of speed and frequency response, being more advantages than voltage mode circuits leads to increase interest in current mode circuits. Also, current-mode circuit blocks can be implemented with lower supply voltage is a very important excellence. Designed filters in this thesis have all of the advantages mentioned. This thesis consists of five chapters: In the first section, a general introduction to the subject is made; in the second section, previous studies in the literature related this subject are examined in detail; in the third section, in general, filters, basic concepts and synthesis methods of logarithmic domain are handled. Also, advantages and disadvantages of synthesis methods are explained and it is defined that signal flow graph method is more useful than other synthesis methods. In the fourth section, dual mode bluetooth/wi-fi receiver is introduced and fifth order lowpass Butterworth logarithmic filter allows the selection of this receiver standart is designed. Cut-off frequency of the filter can be adjusted electronically by changing the external current source. All of the proposed circuit is implemented with BJTs and grounded capacitor. This case provide to obtain circuit is suitable for integrated circuit technology. Because of its externally linear internally non-linear structures, this filter has low distortion, low power consumption, low supply voltage and wide dynamic operating range specifications. In addition, this circuit keeps the advantages of linear equivalent circuit such as low sensitivity. Designed filter was simulated in ORCAD Pspice (v.9.2) simulation programme. The simulation results obtained with the different transistors are compared. In this study, the effects of various transistor parameters on filters examined separately. In the last section, the results obtained are interpreted and the possible future studies on the basis of these results are discussed.