scholarly journals Novel Reconnection-Less Reconfigurable Filter Design Based on Unknown Nodal Voltages Method and Its Fractional-Order Counterpart

2019 ◽  
Vol 25 (3) ◽  
pp. 34-38
Author(s):  
Lukas Langhammer ◽  
Roman Sotner ◽  
Jan Dvorak ◽  
Jan Jerabek ◽  
Peter A. Ushakov
Keyword(s):  
Fractional Order ◽  
Filter Design ◽  
Variable Gain Amplifier ◽  
Pass Band ◽  
Direct Transfer ◽  
Electronic Control ◽  
Operational Transconductance Amplifiers ◽  
Variable Gain ◽  
Transconductance Amplifiers ◽  
High Pass

A novel solution of reconnection-less electronically reconfigurable filter is introduced in the paper. The filter is designed based on unknown nodal voltages method (MUNV) using operational transconductance amplifiers (OTAs) and variable gain amplifier (VGA). The structure can provide all-pass, band-stop, high-pass 2nd order functions, high-pass function of the 1st order and direct transfer from the same topology without requirement of manual reconnection. The proposed structure also offers the electronic control of the pole frequency. Moreover, fractional-order design of the proposed filter is also provided. The behaviour is verified by simulations using Cadence IC6 (spectre) software.

scholarly journals Reconfigurable Fractional-Order Filter with Electronically Controllable Slope of Attenuation, Pole Frequency and Type of Approximation

2017 ◽  
Vol 26 (10) ◽  
pp. 1750157 ◽  
Author(s):  
Jan Jerabek ◽  
Roman Sotner ◽  
Jan Dvorak ◽  
Josef Polak ◽  
David Kubanek ◽  
...  
Keyword(s):  
Fractional Order ◽  
Stop Band ◽  
Pass Band ◽  
Pass Filter ◽  
Low Pass Filter ◽  
Operational Transconductance Amplifiers ◽  
Order Filter ◽  
Low Pass ◽  
Electronically Controllable ◽  
High Pass

This paper presents design of electronically reconfigurable fractional-order filter that is able to be configured to operate as fractional-order low-pass filter (FLPF) or fractional-order high-pass filter (FHPF). Its slope of attenuation between pass band and stop band, i.e., order of the filter, is electronically adjustable in the range between 1 and 2. Also, pole frequency can be electronically controlled independently with respect to other tuned parameters. Moreover, particular type of approximation can be also controlled electronically. This feature set is available both for FLPF and FHPF-type of response. Presented structure of the filter is based on well-known follow-the-leader feedback (FLF) topology adjusted in our case for utilization with just simple active elements operational transconductance amplifiers (OTAs) and adjustable current amplifiers (ACAs), both providing possibility to control its key parameter electronically. This paper explains how reconfigurable third-order FLF topology is used in order to approximate both FLPF and FHPF in concerned frequency band of interest. Design is supported by PSpice simulations for three particular values of order of the filter (1.25, 1.5, 1.75), for several values of pole frequency and for two particular types of approximation forming the shape of both the magnitude and phase response. Moreover, theoretical presumptions are successfully confirmed by laboratory measurements with prepared prototype based on behavioral modeling.

ON THE GENERALIZATION OF SECOND-ORDER FILTERS TO THE FRACTIONAL-ORDER DOMAIN

2009 ◽  
Vol 18 (02) ◽  
pp. 361-386 ◽  
Author(s):  
A. G. RADWAN ◽  
A. S. ELWAKIL ◽  
A. M. SOLIMAN
Keyword(s):  
Fractional Order ◽  
Filter Design ◽  
Second Order ◽  
Pass Band ◽  
Capacitive Probe ◽  
Low Pass ◽  
Band Pass ◽  
First Time ◽  
High Pass ◽  
Order Domain

This work is aimed at generalizing the design of continuous-time second-order filters to the non-integer-order (fractional-order) domain. In particular, we consider here the case where a filter is constructed using two fractional-order capacitors both of the same order α. A fractional-order capacitor is one whose impedance is Zc = 1/C(jω)α, C is the capacitance and α (0 < α ≤ 1) is its order. We generalize the design equations for low-pass, high-pass, band-pass, all-pass and notch filters with stability constraints considered. Several practical active filter design examples are then illustrated supported with numerical and PSpice simulations. Further, we show for the first time experimental results using the fractional capacitive probe described in Ref. 1.

scholarly journals Advanced Readout System IC Current Mode Semi-Gaussian Shapers Using CCIIs and OTAs

VLSI Design ◽  
2007 ◽  
Vol 2007 ◽  
pp. 1-12 ◽  
Author(s):  
Thomas Noulis ◽  
Constantinos Deradonis ◽  
Stylianos Siskos
Keyword(s):  
Selection Criteria ◽  
Dynamic Range ◽  
Filter Design ◽  
Harmonic Distortion ◽  
Current Mode ◽  
Current Conveyors ◽  
Readout System ◽  
Fully Integrated ◽  
Operational Transconductance Amplifiers ◽  
Transconductance Amplifiers

Novel CMOS current mode shapers for front-end electronics are proposed. In particular, six semi-Gaussian shaper implementations based on second generation current conveyors and operational transconductance amplifiers are designed using advanced filter design techniques. Although all shaper architectures are fully integrated, they satisfy a relatively large peaking time. The topologies are analytically compared in terms of noise performance, power consumption, total harmonic distortion (THD), and dynamic range (DR) in order to examine which is the most preferable in readout applications. Design technique selection criteria are proposed in relation to the shaper structures performance. Analysis is supported by simulations results using SPICE in a 0.6 μm process by Austria Mikro Systeme (AMS).

FIRST-ORDER FILTERS GENERALIZED TO THE FRACTIONAL DOMAIN

2008 ◽  
Vol 17 (01) ◽  
pp. 55-66 ◽  
Author(s):  
A. G. RADWAN ◽  
A. M. SOLIMAN ◽  
A. S. ELWAKIL
Keyword(s):  
Fractional Order ◽  
Pass Band ◽  
Integer Order ◽  
Continuous Time Filters ◽  
Passive Filters ◽  
Low Pass ◽  
Band Pass ◽  
Half Power ◽  
The Right ◽  
High Pass

Traditional continuous-time filters are of integer order. However, using fractional calculus, filters may also be represented by the more general fractional-order differential equations in which case integer-order filters are only a tight subset of fractional-order filters. In this work, we show that low-pass, high-pass, band-pass, and all-pass filters can be realized with circuits incorporating a single fractance device. We derive expressions for the pole frequencies, the quality factor, the right-phase frequencies, and the half-power frequencies. Examples of fractional passive filters supported by numerical and PSpice simulations are given.

scholarly journals Design of fractional-order analog integrated circuits

2017 ◽  
Author(s):  
Γεωργία Τσιριμώκου
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Fractional Order ◽  
Continued Fraction ◽  
Analog Integrated Circuits ◽  
Sampled Data ◽  
Continued Fraction Expansion ◽  
Operational Transconductance Amplifiers ◽  
Transconductance Amplifiers ◽  
On Chip ◽  
Cole Model

Το αντικείμενο της Διδακτορικής Διατριβής αφορά τη σχεδίαση αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων κλασματικής τάξης. Τα συστήματα κλασματικής τάξης είναι μια αναπτυσσόμενη περιοχή της έρευνας και έχουν χαρακτηριστεί ακόμη και ως τα συστήματα του 21ου αιώνα! Αυτό πηγάζει κυρίως από το διεπιστημονικό τους χαρακτήρα, αλλά και από το γεγονός ότι παρουσιάζουν χαρακτηριστικά που δεν είναι διαθέσιμα με τον συμβατικό λογισμό ακέραιης τάξης. Για παράδειγμα, με τον κλασματικό λογισμό υπάρχει η δυνατότητα καλύτερου ελέγχου της κλίσης της απόκρισης συχνότητας των φίλτρων. Τα κυκλώματα εμπέδησης κλασματικής τάξης είναι πολλά υποσχόμενα στην προσομοίωση των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών των βιολογικών υλικών, ιστών ή κυττάρων. Ένα από τα πιο γνωστά στοιχεία που επιδεικνύει χαρακτηριστικά εμπέδησης κλασματικής τάξης είναι το Κλασματικό Στοιχείο (fractance device), η οποία ανάλογα με την τιμής της τάξης αυτής παρουσιάζει και ιδιότητες διαφορετικών στοιχείων (δηλ. πυκνωτή, πηνίου, αντιστάτη κλπ). Λαμβάνοντας υπόψη ότι δεν υπάρχουν εμπορικά διαθέσιμα Κλασματικά Στοιχεία (fractance devices) που να εκμεταλλεύονται τα πλεονεκτήματα του Λαπλασιανού τελεστή s^α, προσεγγίσεις ακέραιης τάξης επιβάλλεται να χρησιμοποιηθούν. Για το σκοπό αυτό, γίνεται χρήση της μαθηματικής μεθόδου Συνεχούς Κλασματικής Επέκτασης (Continued Fraction Expansion), όπου συναρτήσεις κλασματικής τάξης προσεγγίζονται από ρητά πολυώνυμα ακέραιης τάξης. Στα πλαίσια αυτής της Διατριβής θα χρησιμοποιηθούν προσεγγίσεις 2ης-τάξης, καθώς αποτελούν ένα ιδιαίτερα αποτελεσματικό εργαλείο όσον αφορά το ποσοστό ακρίβειας και την πολυπλοκότητα των κυκλωμάτων. Επομένως, συναρτήσεις κλασματικής τάξης θα προσεγγίζονται από συναρτήσεις ακέραιης τάξης, προσφέροντας την δυνατότητα να περιγραφούν γενικευμένες εκφράσεις συναρτήσεων μεταφοράς με μια συστηματική διαδικασία που έχει ελκυστικά οφέλη ταυτόχρονα. Προς αυτήν την κατεύθυνση, προτείνεται ο σχεδιασμός και η υλοποίηση αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων κλασματικής τάξης που προσφέρουν: (i) δυνατότητα on-chip ολοκλήρωσης, (ii) δυνατότητα λειτουργίας σε χαμηλή τάση τροφοδοσίας, (iii) ηλεκτρονική ρύθμιση των συχνοτικών χαρακτηριστικών. Επιπλέον είναι κυκλώματα που υλοποιούνται απουσία αντιστατών, και με χρήση μόνο γειωμένων πυκνωτών.Αρχικά, προτείνονται τοπολογίες διαφοριστών/ολοκληρωτών που πληρούν τα παρακάτω πλεονεκτήματα: (i) δυνατότητα υλοποίησης τους από την ίδια τοπολογία, (ii) ηλεκτρονική ρύθμιση, τόσο των συχνοτικών χαρακτηριστικών, όσο και της κλασματικής τάξης (α), και (iii) είναι τοπολογίες απόλυτα ολοκληρώσιμες. Επιπλέον, προτείνονται γενικευμένα φίλτρα κλασματικής τάξης τα οποία προσφέρουν τα παρακάτω χαρακτηριστικά: (i) δυνατότητα υλοποίησης διαφορετικών οικογενειών φίλτρων (δηλ. Butterworth, Chebyshev, κλπ) από την ίδια τοπολογία, (ii) δυνατότητα υλοποίησης διαφορετικών τύπων φίλτρου τα οποία κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την μορφή της απόκρισης συχνότητας (lowpass, highpass, bandpass, κλπ) από την ίδια τοπολογία. Όλα τα παραπάνω συχνοτικά χαρακτηριστικά καθώς και η κλασματική τάξη ρυθμίζονται ηλεκτρονικά προσφέροντας ευελιξία και δυνατότητα προγραμματισμού. Επίσης, προτείνονται για πρώτη φορά φίλτρα κλασματικής τάξης με δειγματοληψία δεδομένων (sampled-data filters).Τα κύρια ενεργά δομικά στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν είναι καθρέπτες ρεύματος, μη-γραμμικοί διαγωγοί, και τελεστικοί ενισχυτές διαγωγιμότητας (Operational Transconductance Amplifiers-OTAs). Συνεπώς, ο σχεδιαστής έχει μόνο να επιλέξει τις κατάλληλες τιμές των ρευμάτων πόλωσης προκειμένου να επιλέξει την επιθυμητή συνάρτηση μεταφοράς με αποτέλεσμα τα προτεινόμενα κυκλώματα να προσφέρουν ιδιαίτερα ελκυστικά χαρακτηριστικά. Επιπλέον, κατασκευάστηκαν πλήρως ολοκληρωμένοι εξομοιωτές πυκνωτών και πηνίων με την τεχνολογία AMS CMOS 0.35μm, τα οποία προσφέρουν τη δυνατότητα ηλεκτρονικής ρύθμισης της εμπέδησης, της τάξης, και του συχνοτικού εύρους λειτουργίας. Τα αποτελέσματα από τις πειραματικές μετρήσεις επιβεβαίωσαν την ορθή λειτουργία τους. Τέλος, παρουσιάζονται κάποιες εφαρμογές κυκλωμάτων κλασματικής τάξης τα οποία αποδεικνύουν την χρησιμότητά τους ειδικά όταν αυτά συγκρίνονται με τα αντίστοιχα κυκλώματα ακέραιης τάξης. Έτσι, υλοποιήθηκε ένα στάδιο προ-επεξαργασίας κατάλληλο για την υλοποίηση του Pan-Tompkins αλγορίθμου για την ανίχνευση του QRS συμπλέγματος ενός θορυβώδους ηλεκτροκαρδιογραφήματος (ECG). Επίσης, υλοποιήθηκε ένα πολύ γνωστό μοντέλο (Cole-Cole model), το οποίο είναι ικανό να προσομοιώνει τη συμπεριφορά βιολογικών ιστών, αλλά προτάθηκε και μια πολύ απλή τεχνική χαρακτηρισμού κυκλωμάτων κλασματικής τάξης το οποίο είναι πολύ σημαντικό αν ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι είναι μια πολύ σημαντική διαδικασία που γενικά απαιτεί ένα πολύ ακριβό εξοπλισμό.

Programmable Universal Filters Using Current Conveyor Transconductance Amplifiers

2017 ◽  
Vol 26 (07) ◽  
pp. 1750121 ◽  
Author(s):  
Thanat Nonthaputha ◽  
Montree Kumngern
Keyword(s):  
Transfer Functions ◽  
Current Mode ◽  
Current Conveyor ◽  
Pass Band ◽  
Cmos Process ◽  
Low Pass ◽  
Band Pass ◽  
Transconductance Amplifiers ◽  
Biquadratic Filters ◽  
High Pass

This paper presents new programmable universal biquadratic filters using current conveyor transconductance amplifiers (CCTAs) by which both voltage- and current-mode filters can be obtained. The proposed filters use second-generation current conveyor (CCII) which is the first stage of CCTA to operate as current conveyor analog switch (CCAS) and this CCAS will be used to program the filtering functions such as low-pass, high-pass, band-pass, band-stop and all-pass filters. Unlike previous universal filters, the filtering functions of the proposed filters can be programmed using the bias currents of CCTAs without changing any input and output connections. The natural frequency and quality factor of all filtering functions can be controlled electronically and orthogonally using the bias currents of transconductance amplifiers. Also gain response of all transfer functions can be adjusted. The active and passive sensitivities of the filters are low. The proposed programmable filters have been simulated using 0.18[Formula: see text][Formula: see text]m CMOS process from TSMC. PSPICE simulation results are included to confirm workability of the proposed circuits.

REALIZATION OF A GENERAL RESISTORLESS ACTIVE BIQUAD USING CBTA

2012 ◽  
Vol 21 (01) ◽  
pp. 1250013 ◽  
Author(s):  
MEHMET SAGBAS ◽  
MUHAMMET KOKSAL
Keyword(s):  
Integrated Circuit ◽  
Pass Band ◽  
Active Components ◽  
Order Filter ◽  
Low Pass ◽  
Band Pass ◽  
Transconductance Amplifiers ◽  
Electronically Tunable ◽  
High Pass ◽  
Circuit Technology

In this paper, a general electronically tunable resistorless biquad, which realizes current ratio transfer function using current backward transconductance amplifiers is proposed. The biquad contains only two active components and two grounded capacitors, which make it convenient for production by the integrated circuit technology. The proposed biquad realizes all of the basic second order filter characteristics: low pass, high pass, band pass, band reject, and finally all pass. It is convenient for cascading with other similar biquads as well as with any two-port circuit with low impedance input to achieve higher order filter characteristics. The simulations that are performed using PSPICE simulator exhibit satisfactory results coherent with the theory.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document