Hazırlayan. Bilge AKDO AN

Transkript

1 Hazırlayan Bilge AKDO AN

2 Özet Amaç Giri kinci Ku ak Eviren Akım Ta ıyıcı (ICCII) CMOS ile Gerçeklenen ICCII Önerilen ICCII- Tabanlı Osilatörler 1. Tek ICCII- tabanlı osilatörler 2. ki ICCII- tabanlı osilatörler 3. Üç ICCII- tabanlı osilatörler deal Olmayan Durumda Osilasyon Tasarım Örne i Benzetim Sonucu 2

3 Amaç Tümdevre gerçeklemeleri için uygun bir yapı olan, ikinci ku ak eviren akım ta ıyıcı (ICCII) kullanarak osilatörler tasarlamak 3

4 Giri lemsel kuvvetlendiriciler (opamp), tüm devre uygulamalarında önemli bir yere sahiptir. Fakat Kazanç-bant geni li i(gbw) sınırlı, Yükselme e imi(sr) de çok dü üktür. GBW, osilatörler için çok önemli. Bu nedenle opamp, yüksek frekanslarda, osilatörler için yetersiz kalır. 4

5 Giri Akım modlu yapılar, opamp yerine bir çok uygulamada kullanılırlar. (Opamp gibi gerilim modlu devreler dü ük frekanslarda baskın kutup olu turur.) Akım modlu devrelerin dü üm empedansları ve gerilim salınımları dü üktür. Bu durum, zaman sabiti ve parazitik kapasitelerin dolum-bo alım sürelerini de küçük tutmu olur. Sonuç olarak SR oldukça yüksek olacaktır. 5

6 Giri Öncelikle akım ta ıyıcı(ccii), akım geri beslemeli i lemsel kuvvetlendirici(cfoa), daha sonra elektronik olarak kontrol edilebilen akım ta ıyıcı(eccii), farksal gerilim akım ta ıyıcı(dvcc), farksal fark akım ta ıyıcı(ddcc), üçüncü nesil akım ta ıyıcılar(cciii), dört uçlu yüzen nulör(ftfn) gibi aktif devre elemanları literatürde yerini aldılar. 6

7 Giri Tüm bunların sonucu olarak ICCII Avad ve Soliman tarafından, CCII dan yola çıkarak tasarlanmı tır. CCII nın önemli avantajlarını barındırır. Akım ta ıyıcılarla tasarlanmı osilatör yapıları literatürde mevcut olsa da, ICCII ile tasarlanan osilatörler bu çalı mayla ilk kez önerilmi tir. 7

8 kinci Ku ak Eviren Akım Ta ıyıcı ekil-1 ICCII devre sembolü ekil-1 de görülen yapıya sahip ve matrisini sa layan aktif devrelerdir. (1) 8

9 kinci Ku ak Eviren Akım Ta ıyıcı (1) matrisini sa layan de erler ideal durum için geçerlidir. deal olmayan durumda açık denklemler, (2) v ve i olarak tanımlanan hata katsayılarıyla birlikte verilmi tir. (3) 9

10 CMOS ile Gerçeklenen ICCII ekil 2 a CMOS ile gerçeklenen ICCII- 10

11 CMOS ile Gerçeklenen ICCII- ekil 2 a da görülen devre, basit bir eviren türden negatif akım ta ıyıcı örne idir. Giri ler: M1-M2 X-Y uçları arasındaki DC offset gerilimi çok büyük. M1-M2 arasındaki ba ıntı eklinde olmalıdır. (4) 11

12 CMOS ile Gerçeklenen ICCII- Bu offset farkının dü ürülmesi için ekil 2 b devresi kullanılmaktadır. ekil 2 b CMOS ile gerçeklenen ICCII- 12

13 CMOS ile Gerçeklenen ICCII- ekil 2 a daki kısıtlamalar, CMOS transistorlar ve akım aynaları kullanılarak giderilmi tir. DC Offset de erini ortadan kaldırmak için, kontrol gerilimleri arasındaki fark, PMOS ve NMOS e ik gerilimleri arasındaki fark kadar olmalıdır. 13

14 Önerilen ICCII- Tabanlı Osilatörler 3 bölümde incelenebilir: 1.Tek ICCII- tabanlı osilatörler 2. ki ICCII- tabanlı osilatörler 3.Üç ICCII- tabanlı osilatörler 14

15 1. Tek ICCII- Tabanlı Osilatörler CCII bazlı osilatör yapılarından yola çıkarak elde edilen tek ICCII- tabanlı osilatör örnekleri ekil 3 te, karakteristik denklemleri Tablo 1de verilmi tir. a) Topoloji-1 b) Topoloji-2 c) Topoloji-3 ekil 3 Önerilen tek ICCII- tabanlı osilatör topolojileri 15

16 1. Tek ICCII- Tabanlı Osilatörler Tablo 1 Tek ICCII- Tabanlı Osilatörlerin karakteristik denklemleri Hatırlatma: Karakteristik denklemi s²-bs+ o²=0 olan bir osilatörün, osilayon yapabilmesi için, b de eri 0 olmalıdır. o da osilasyon frekansıdır.[4] 16

17 1. Tek ICCII- Tabanlı Osilatörler Tablo 2 Tek ICCII- Tabanlı Osilatörlerin Osilasyon Ko ulları ve Frekansları Devre 1 Devre 2 : 2R 2C Osilasyon frekansı ve ko ulu birbirinden ba ımsız ayarlanamaz Tek Frekans Osilatörleridir. (SFO) 17

18 1. Tek ICCII- Tabanlı Osilatörler Devre 3: 5 pasif elemanlı (3R 2C) R1 de eri sadece osilasyon frekansı için etkilidir, osilasyon ko ulunu etkilemez. R2 ise sadece osilasyon ko ulunu etkiler. Osilasyon frekansı, R2den ba ımsızdır. Devre 4: 6 pasif elemanlı (3R 3C) R2 sadece osilasyon frekansını, C2 de yalnızca osilasyon ko ulunu etkiler Bu devreler De i ken Frekans Osilatörleridir (VFO) 18

19 2. ki ICCII- Tabanlı Osilatörler Sedra-Smith jiratörü olarak bilinen devreden yola çıkılarak ula ılmı tır.[2] ekil 4 Sedra-Smith jiratörü Hatırlatma: Jiratörler, devrede aktif endüktans simülatörü olarak kullanılırlar. 19

20 2. ki ICCII- Tabanlı Osilatörler Önerilen osilatör topolojisi ekil 5 te verilmi tir. ekil 5 Önerilen iki ICCI- tabanlı osilatör Karakteristik denklem: y2y4- y1y3=0 20

21 2. ki ICCII- Tabanlı Osilatörler Tablo 3 ki ICCII- Tabanlı Osilatör Örnekleri için Osilasyon Ko ulları ve Frekansları 21

22 2. ki ICCII- Tabanlı Osilatörler Devre : 7 pasif eleman Dü ük frekans osilatörleri Osilasyon frekansı ve ko ulu birbirine ba ımlı. Devre : 7 pasif eleman Osilasyon frekansı, osilasyon ko ulunu bozmadan, kapasitelerle birlikte ayarlanabilir. Devre : 6 pasif eleman Tek Frekans Osilatörleri 22

23 3. Üç ICCII- Tabanlı Osilatörler ekil 6 daki devreden yola çıkarak [3] bulunan osilatördür ( ekil 7). ekil 6 CCII+ Osilatör Devresi 23

24 3. Üç ICCII- Tabanlı Osilatörler ekil 7 a) Topoloji 5 ekil 7 b) Topoloji 6 ekil 7 Önerilen Üç ICCII- Tabanlı Osilatörler 24

25 3. Üç ICCII- Tabanlı Osilatörler ekil 7 c) Topoloji 7 ekil- 7 d) Topoloji 8 ekil 7 Önerilen Üç ICCII- Tabanlı Osilatörler 25

26 3. Üç ICCII- Tabanlı Osilatörler Karakteristik denklem: y1y4+y2y5-y3y5=0 Pasif elemanların de i ik kombinasyonlarıyla elde edilebilecek devrelerin osilasyon ko ulları ve frekansları Tablo 4 te verilmi tir. Tablo 4 Üç ICCII- Tabanlı Osilatörler için Osilasyon Ko ulları ve Osilasyon Frekansları 26

27 3. Üç ICCII- Tabanlı Osilatörler Her durumda 6 pasif eleman mevcut. Toplam 8 de i ik yapı gerçekle tirilebilir. Frekans kontrolü, osilasyon ko ulundan ba ımsızdır. De i ken Frekans Osilatörü olarak kullanılabilirler. Tek bir topraklanmı dirençle osilasyon frekansı ayarlanabildi i için Tek Dirençle Kontrol Edilebilen Osilatör(SRCO*) olarak adlandırılırlar. *SRCO: Single Resistor Controlled Oscillator 27

28 deal Olmayan Durumda Osilasyon deal olmayan durumdaki formülleri göz önüne alındı ında, karakteristik denklemler Tablo 5 ve Tablo 6 da verilmi tir. Tablo 5 Tek ICCII- tabanlı osilatörler için, ideal olmayan durumda karakteristik denklemler 28

29 deal Olmayan Durumda Osilasyon 2 ICCII- dan olu an osilatör topolojisi için karaktersitik denklem: y2y y1y3=0 Tablo 6 Üç ICCII- dan olu an osilatörler için, ideal olmayan durumda karakteristik denklemler 29

30 Tasarım Örne i Topoloji 8, ICCII-: ekil 2b R1=R2=R3=R4=10k C2=C5=400pF fo=39.78khz VDD=2.5V, -VSS=-2.5V Vc=+-1.2V Transistor boyutları Tablo 7 de verilmi tir. SPICE.model dosyası Tablo 8 de verilmi tir. 30

31 Tasarım Örne i Tablo 7 Tasarım örne i için transistor boyutları 31

32 Tasarım Örne i Tablo 8 SPICE benzetim programı için 1.2µm CMOS model parametreleri 32

33 Benzetim Sonucu ekil 8 Topoloji 8 A durumu için artan osilasyonlar 33

34 Benzetim Sonucu Ölçülen osilasyon frekansı 38.76kHz dir. Çıkı taki offset gerilimi ve osilasyon frekansındaki sapma, aktif elemanların parazitik etkilerinden ve idealsizliklerden kaynaklanmı tır. 34

35 Kaynaklar: [1] A. Toker, H. Kuntman, O. Çiçekoglu and M. Di çigil, 'New Oscillator Topologies Using Inverting Second-Generation Current Conveyors', Turkish Journal of Electric Engineering and Computer Sciences (ELEKTRIK), Vol.10, No.1, pp , [2] A. Sedra and K. C. Smith, `A second generation current conveyor and its applications', IEEE Trans. Circuit Theory, CT-17, no. 2, pp , [3] A. Toker and O. Cicekoglu, `Oscillator design techniques with second generation current conveyor', Proc. of 6 th Int. conf. on optimization of electrical and electronic equipments (OPTIM'98), vol. III, pp , Brasov, May 14-15, [4] H. H. Kuntman: Analog MOS Tümdevre Tekni i, TÜ Kütüphanesi, Sayı: 1587,

36 Dinledi iniz için Te ekkürler. 36