Karekök ortamda akım modlu devre tasarımı / Square root domain current mode circuit design

Abstract

Karekök ortam devreleri, düşük gerilim altında düşük güç tüketimi sağlama, geniş dinamik çalışma alanına sahip olma, yüksek frekanslarda çalışabilme ve doğru akım kaynakları ile elektronik olarak ayarlanabilme özelliklerini sağlayan sıkıştırma-genişletme devrelerinin bir alt sınıfıdır. Bu özelliklerden dolayı, karekök ortam devreleri CMOS çok geniş ölçekli tümleştirme teknolojisi ile uyumludur. Sayısal devrelerin de CMOS teknolojisi ile gerçekleştirilmesinden dolayı bu tür devreler büyük ilgi görmektedir. Bu tezde, karekök ortamda akım modlu birinci dereceden eviren ve evirmeyen tüm geçiren filtre devreleri, bu filtre devreleri kullanılarak oluşturulan kareleme osilatörü devresi ve karekök ortamda akım modlu ikinci dereceden bant geçiren filtre devresi durum uzay sentez yöntemi kullanılarak tasarlanmıştır. Tasarlanan devrelerin benzetimleri, ORCAD PSPICE benzetim programında TSMC 0.25 μm Level 3 CMOS model transistör parametreleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan filtrelerin kesim frekansları, osilatörün osilasyon frekansı ve osilasyon koşulu doğru akım kaynakları ile elektronik olarak ayarlanabilmektedir. Tasarımı yapılan devreler, tek güç kaynağı ile MOS transistörler ve topraklanmış kondansatörlerden oluşturulmuş olup doğrusal davranışlı doğrusal olmayan yapıya sahip olmalarından dolayı düşük THD değeri, düşük güç tüketimi, geniş dinamik çalışma alanı özelliklerine sahiptir. Tez çalışması beş bölümden oluşmaktadır: Birinci bölümde konuya genel bir giriş yapılmış; ikinci bölümde, konuyla ilgili literatürde yer alan çalışmalar ayrıntılı olarak incelenmiş; üçüncü bölümde, tümleşik devreler, filtre devreleri ve osilatörler hakkında genel olarak bilgi verilip, karekök ortam temel kavramları ve durum uzay sentez yöntemi ele alınmış; dördüncü bölümde, karekök ortam devre yapıları verilmiş ve tasarımı yapılan devreler sunulmuş; beşinci bölümde ise benzetim sonuçları değerlendirilmiş ve bu sonuçlara dayanarak gelecekte yapılması planlanan çalışmalar tartışılmıştır. Square root domain circuits are a subclass of the companding circuits providing low power under low-voltage, having large dynamic range, operating in high frequencies and electronically tunability using direct current sources. Due to these properties, companding circuits are compatible with CMOS very large scale integration technology. Besides these properties, digital circuits are implemented in this technology; design of companding circuits has received great attention. In this thesis, current mode first order square root domain inverting and non-inverting all-pass filter circuits, a quadrature oscillator circuit is formed using this all-pass filter circuits, and current mode second order square root domain band-pass filter circuit are designed using state space synthesis method. The designed circuits were simulated in ORCAD PSPICE simulation program by using TSMC 0.25 μm Level 3 CMOS process parameters. Cut-off frequency of designed filter circuits, oscillation frequency and oscillation condition of oscillator can be adjusted electronically by direct current sources. The designed circuits are composed of only MOS transistors and grounded capacitors with single power supply. The designed circuits have low power consumption, low THD values and large dynamic range due to having externally linear internally nonlinear structures. This thesis consists of five chapters: in the first chapter, it made a general introduction to the subject; in the second chapter, previous studies in the literature related this subject are examined in detail; in third chapter, general information of integrated circuits, filter circuits, and oscillators is given and basic concepts and synthesis methods of square root domain are handled; in fourth chapter, square root domain circuit structures are given and designed circuits are presented; in fifth chapter, the simulation results are evaluated and the planned future studies are discussed based on these results.