Novel possibilities in square-root domain circuit design

Abstract

Karekök ortamı devreler, düsük gerilim/düsük güç altında genis dinamik alana sahip olma, yüksek frekanslarda çalısma, doğru akım kaynakları ile elektronik olarak ayarlanabilme özelliklerini sergileyen sıkıştırma-genişletme devrelerinin bir alt kümesidir. Bu sözü edilen özelliklerinden dolayı, sıkıştırma-genişletme devreleri CMOS çok geniş çapta tümlestirme teknolojisi ile uyumludur. Aynı zamanda sayısal devreler CMOS teknolojisi ile gerçekleştirildiğinden bu tip devreler büyük ilgi görmektedir. Bu tezde; karekök ortamında tasarlanmış birinci derece alçak geçiren, ikinci derece alçak geçiren, ikinci derece bant geçiren filtre ve osilatör devreleri sunulmuş olup, kayıpsız integral alıcı, birinci derece yüksek geçiren; ikinci derece yüksek geçiren, tüm geçiren, bant süzen filtrenin düzenli, yüksek geçiren ve alçak geçiren durumları; Kerwin-Huelsman-Newcomb filtre; Tow-Thomas filtre; beşinci derece Butterworth alçak geçiren filtre ile dördün osilatör literatüre yenilik olarak önerilmiştir. Tüm karekök ortamı devreler durum-uzay sentez metodu kullanılarak tasarlanmıstır. Filterlerin kesim frekansları harici akım kaynakları ile, kalite faktörü ise MOS transistörlerin boyutları değiştirilerek elektronik olarak ayarlanabilir. Aynı zamanda, osilatörlerin osilasyon frekansı ve osilasyon koşulu harici akım kaynakları ile değiştirilebilir. Tüm önerilen devreler, tek güç kaynağı ile MOS transistörler ve topraklanmış kapasitelerden oluşturulmuş olup harici doğrusal dahili doğrusal olmayan yapıya sahip olmalarından dolayı düşük THD değeri, düşük güç tüketimi, geniş dinamik çalışma alanı özelliklerine sahiptir. Square root domain circuits are a subclass of the companding circuits propound large dynamic range under low-voltage/low power, operating in high frequencies, and electronically tuneablity using DC current sources. Due to these advantages, companding circuits are compatible with CMOS VLSI technology. Since digital circuits are implemented in this technology, design of companding circuits has received great attention. In this thesis, first order lowpass, second order lowpass, second order bandpass filter and an oscillator designed in square root domain are presented. Lossless integrator, first order highpass, allpass filters; second order highpass, notch with regular, highpass and lowpass cases, allpass filters; Kerwin-Huelsman-Newcomb biquad filter; Tow-Thomas biquad filter; fifth order Butterworth lowpass filter and quadrature oscillator are proposed as novel in the literature. All square root domain circuits are designed by using state space synthesis method. The cut-off frequency and the quality factor of filters are electronically tuneable by changing external currents and dimensions of MOS transistors, respectively. At the same time, oscillation frequency and oscillation condition of oscillators are adjustable by external currents. Only MOS transistors and grounded capacitors are used with single power supply. The proposed filters have low THD values, low power consumption, large dynamic range due to having externally linear internally nonlinear structures.