Kmitočtové filtry s proudovými a napěťovými konvejory

Frequency filters with current and voltage conveyors

dizertace

čeština

Tato disertační práce pojednává o aktivních kmitočtových filtrech s proudovými a napěťovými konvejory. V úvodní části jsou představeny konvejory jako stavební bloky elektronických obvodů pracujících v napěťovém, proudovém či smíšeném režimu a umožňujících zpracování signálů o kmitočtech desítek megahertzů. Pozornost je věnována především univerzálním proudovým a napěťovým konvejorům, které byly vyvinuty na našem pracovišti (UCC – Universal Current Conveyor, UVC – Universal Voltage Conveyor). Tyto prvky umožňují náhradu všech definovaných i dosud nezavedených konvejorů a rozšiřují systémové možnosti návrhu nových obvodů. V práci jsou popsány různé metody návrhu filtrů s konvejory. První je metoda využívající výchozí obvody s vhodně zavazbenými UCC či UVC a s obecnými admitancemi. Touto metodou je navrženo několik variant filtrů druhého řádu poskytujících více přenosových funkcí současně. Takové filtry označujeme jako multifunkční. Konvejory UCC lze velmi jednoduše realizovat nulory, což jsou základní obvodové prvky velmi často využívané pro návrh či modelování aktivních prvků. Bylo navrženo několik filtrů se syntetickými prvky s imitancí vyššího řádu, obsahujícími původně nulory, které byly nahrazeny proudovými konvejory. V práci jsou rozpracovány i dvě metody návrhu filtrů vyšších řádů s konvejory. První z nich vychází z kanonických stavových struktur, přičemž základní bloky těchto struktur – integrátory – jsou realizovány konvejory. Druhá metoda spočívá v realizaci napěťově-proudových vztahů v pasivním RLC prototypu pomocí aktivního obvodu s konvejory a prvky RC. Funkce většiny navržených filtrů byla ověřena počítačovou simulací. Pro tyto účely byly sestaveny modely konvejorů, zahrnující frekvenční závislosti napěťových a proudových přenosů a vnitřní impedance svorek. Byl vytvořen i model vyrobeného UCC v technologii CMOS 0,35 mm. Vybraná nová zapojení filtrů byla prakticky ověřena s komerčně dostupnými součástkami i s vyrobenými vzorky konvejorů UCC a byla provedena měření ve frekvenční oblasti.

This dissertation discusses the design of active filters with current and voltage conveyors. The introduction presents conveyors as building blocks for analog filters that operate in the voltage, current or mixed mode and are able to process signals with frequencies up to tens of megahertz. The main attention is given to the universal current and voltage conveyors (UCC, UVC), which were developed at our workplace. These elements are able to replace all the defined and also not yet introduced conveyors and extend the possibilities of new circuit design. Various methods of filter design using conveyors are described in the thesis. The first method utilizes basic circuits with appropriately coupled UCCs or UVCs and general admittances. A number of second-order filters that provide more transfer functions simultaneously are designed by this method. Such filters are called multifunction filters. The UCC can easily realize nullors, which are basic circuit elements widely used for the design and modelling of active elements. Several filters with higher-order synthetic immittances were designed. These immittances employed initially nullors, which were then replaced by conveyors. Two methods for higher-order filter design are discussed in the thesis. The first of them is based on state-variable canonic structures. Conveyors realize the integrators, which are the basic building blocks of these structures. The second method realizes the voltage-current relations in the passive RLC prototype by means of a circuit with conveyors and RC elements. The functionality of most of the designed filters was verified by computer simulation. The conveyor models including frequency dependencies of current and voltage transfers and internal pin impedances were created for this purpose. A model of the UCC manufactured in 0.35 mm CMOS technology was also made. Selected new filter circuits were also practically verified with commercially available elements and also with manufactured samples of UCC conveyors. Measurements in the frequency domain were carried out.

proudový konvejor, napěťový konvejor, moderní aktivní prvek, aktivní filtr, multifunkční filtr, syntetický prvek, kanonická stavová struktura, pasivní RLC prototyp

current conveyor, voltage conveyor, modern active element, active filter, multifunction filter, synthetic element, canonic state-variable structure, passive RLC prototype

David Kubánek

11. 1. 2006

VUT v Brně

Brno, Česká republika

1

120

120