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Integrierte Analogschaltungen Übung 4

Integrierte Analogschaltungen Übung 4. Grundschaltungen und Implementierung von zeitdiskreten Filtern. Teil I. Grundschaltungen von zeitkontinuierlichen (RC) und zeitdiskreten (Switched-Capacitors) Filtern. Grundschaltungen. Aufbau eines komplexen Systems (z.B. Filter) Grundschaltungen.

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Integrierte Analogschaltungen Übung 4

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Presentation Transcript

  1. Integrierte AnalogschaltungenÜbung 4 Grundschaltungen und Implementierung von zeitdiskreten Filtern

  2. Teil I Grundschaltungen von zeitkontinuierlichen (RC) und zeitdiskreten (Switched-Capacitors) Filtern

  3. Grundschaltungen

  4. Aufbau eines komplexen Systems (z.B. Filter) Grundschaltungen • Die Grundschaltungen können beliebig kombiniert werden • Bei zeitkontinuierlichen Systemen • Stromknoten dürfen nur mit Stromknoten verbunden werden • Spannungsnoten dürfen nur mit Spannungsknoten verbunden werden • Bei zeitdiskreten Systemen • Ladungsknoten dürfen nur mit Ladungsknoten verbunden werden • Spannungsknoten dürfen nur mit Spannungsknoten verbunden werden

  5. Grundschaltungen: Integratoren Zeitkontinuierlich: Stromintegrator Zeitdiskret: Ladungsintegrator Signalflussgraph Signalflussgraph

  6. Grundschaltungen: ungeschaltete Kapazitäten = Virtuelle Masse Zeitdiskret: ungeschaltete Kapazität Zeitkontinuierlich: Kapazität

  7. Grundschaltungen: Positive Widerstände mit Verzögerung = Virtuelle Masse Zeitdiskret: positiver simulierter Widerstand mit Verzögerung Zeitkontinuierlich: Positiver Widerstand

  8. Grundschaltungen: Positive Widerstände mit Verzögerung = Virtuelle Masse Parasitäre Kapazitäten wegen den S/D-pn-Übergängen Eingang: Niederohmig Ausgang: Virtuelle Masse Knoten A: Die parasitären Kapazitäten bilden eine Parallelschaltung mit C. Der Wert von C wird geändert → Fehler

  9. Grundschaltungen: Negative Widerstände mit Verzögerung = Virtuelle Masse Zeitdiskret: negativer simulierter Widerstand, „parasitic free“ Zeitkontinuierlich: negativer Widerstand

  10. Negative Widerstände mit Verzögerung : „Parasitic-free“ Alle parasitären Kapazitäten sind entweder an Masse oder werden von niederohmigen Knoten gesteuert „Parasitic-free“

  11. Grundschaltungen: positive Widerstände ohne Verzögerung = Virtuelle Masse Zeitkontinuierlich: Positiver Widerstand Zeitdiskret: pos. simulierter Widerstand ohne Verzögerung

  12. Grundschaltungen: Positive Widerstände ohne Verzögerung = Virtuelle Masse Zeitdiskret: Positiver simulierter Widerstand, „parasitic free“ Zeitkontinuierlich: Positiver Widerstand

  13. Signalflussgraphen • Signalflussgraphen stellen die Grundschaltungen dar und werden verwendet, um ein Filter zu entwerfen

  14. Forward- und Backward-Euler-Integratoren * = Pos. Sim. Widerstand (no delay) Ladungsintegrator Entspricht der Backward-Euler-Transformation * = Neg. Sim. Widerstand + Verzögerung Ladungsintegrator Entspricht der Forward-Euler-Transformation

  15. Integrator nach der Bilinearen Transformation Pos. Wid. mit delay Ladungsintegrator Pos. Wid. no-delay

  16. Integrator nach der Bilinearen Transformation Nicht „parasitic-free“

  17. Teil II Schaltungsimplementierung: konkrete Beispiele

  18. SC-Filter der 1. Ordnung Allgemeine Form Signalflussgraph

  19. SC-Filter der 1. Ordnung, Übertragungsfunktion Signalflussgraph

  20. SC-Filter der 1. Ordnung, Übertragungsfunktion Nullstelle Polstelle

  21. SC-Filter der 1. Ordnung • Sonderfälle: • C3=0 → Das Filter wird ein Integrator (zp=1 → Polstelle in DC + eine Nullstelle) • C1=0 und C3=0 → Das Filter wird ein Backward-Euler-integrator:

  22. Aufgabe 1 • Realisierung eines SC-Filters 1. Ordnung • Spezifikationen: • 3-dB-Grenzfrequenz fg=10 kHz • Taktfrequenz fT=100 kHz • Gleichspannungsverstärkung ADC=0dB • Nullstelle bei fN=50 kHz=fT/2 • Berechnung der Z-Übertragungsfunktion • Integrationskapazität CA=10pF • Dimensionierung von C1,C2 und C3 • Verwendung der allgemeinen Struktur

  23. Ende

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