Optimizirani NP i PP filtri drugog i četvrtog reda

In this paper general second-order low-pass and band-pass filter sections are presented. The voltage noise spectral density and Schoeffler sensitivity are calculated for the simple design procedure and for three different types of optimization. The optimization procedure is also done for the forth-order low-pass and band-pass filter. The resulting low noise and sensitivity is investigated using the RMS noise voltage and multi-parameter sensitivity measure. The optimization gives lower noise and lower sensitivity filters. All analyzes are performed using Matlab and Spice programming tools.U radu su prikazane opće filtarske sekcije drugog i četvrtog reda. Izračunati su spektralna gustoća napona šuma i Schoefflerova osjetljivost i to za jednostavan proračun te za tri različita tipa optimizacije. Optimizacija je takođ er provedena za nisko propusni i pojasno propusni filtar četvrtog reda. Dobiveni niski šum kao i osjetljivost ispitani su računanjem efektivne vrijednosti napona šuma i više-parametarske mjere osjetljivosti. Rezultati optimizacije daju filtre koji imaju manji šum k ao i osjetljivost. Svi su proračuni izvedeni korištenjem programskih alata Matlab i Spice

Applications of MATLAB in Science and Engineering

The book consists of 24 chapters illustrating a wide range of areas where MATLAB tools are applied. These areas include mathematics, physics, chemistry and chemical engineering, mechanical engineering, biological (molecular biology) and medical sciences, communication and control systems, digital signal, image and video processing, system modeling and simulation. Many interesting problems have been included throughout the book, and its contents will be beneficial for students and professionals in wide areas of interest

Integrinių analoginių filtrų belaidžio ryšio sistemoms kūrimas

Disertacijoje nagrinėjami konfigūruojami analoginiai filtrai su savaiminio derinimo grandynais, jų projektavimo ir įgyvendinimo būdai, kurie pritaikomi integrinių grandynų gamybos technologijoms. Iškeliama ir įrodoma hipotezė, teigianti, kad savaiminio derinimo grandynų taikymas įgalina gauti integrinių analoginių aktyviųjų rezistorių kondensatorių (RC) filtrų parametrus reikalau¬jamu tikslumu. Darbo tikslas – sukurti savaiminio derinimo grandynus, skirtus konfigūruojamų integrinių analoginių aktyviųjų RC filtrų parametrų gavybai reikalaujamu tikslumu. Darbe išspręsti uždaviniai: ištirtos integrinių analoginių aktyviųjų RC filtrų struktūros ir sukurti jų derinimo grandynų modeliai, pasiūlytas integrinių analoginių aktyviųjų RC filtrų derinimo matricų projektavimo būdas, sukurtas ir ištirtas konfigūruojamas integrinis analoginis aktyvusis RC filtras su diskrečiu ir tolydžiu savaiminio derinimo grandynais. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatū¬ros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir penki priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai, disertacijos struktūra. Pirmame skyriuje apžvelgiamos integrinių analoginių filtrų struktūros, pagrindiniai parametrai bei įvardijamos parametrų verčių svyravimo priežastys, analizuojamos savaiminio derinimosi grandynų struktūros ir jų veikimo principai. Skyriaus pabaigoje, remiantis atlikta analize ir sudarytomis išvadomis suformuluojami disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje sudaroma konfigūruojamo integrinio analoginio filtro struktūra, skirta programine įranga valdomam radijui, sudaromi diskretaus ir tolydaus derinimo matricų modeliai, juos sudarančių elementų verčių parinkimo algoritmai, atliekami modelių ir algoritmų kompiuteriniai skaičiavimai. Trečiajame skyriuje, pasinaudojus sukurtais modeliais ir algoritmais, suprojektuojamas filtras su diskrečiu ir tolydžių savaiminio derinimo grandynais, naudojant eksperimentinius ir kompiuterinius skaičiavimo metodus atliekamas suprojektuotų diskrečiai ir tolydžiai valdomų integrinių analoginių RC filtrų parametrų bei jų savaiminio derinimo grandynų tyrimas. Disertacijos tema yra atspausdinti 7 moksliniai straipsniai: du – mokslo žurnaluose, įtrauktuose į Thomson Reuters Web of Science duomenų bazę, vienas – tarptautinių konferencijų medžiagoje, įtrauktoje į Thomson Reuters Proceedings duomenų bazę, keturi – mokslo žurnaluose, referuojamose kitose tarptautinėse duomenų bazėse. Disertacijoje atliktų tyrimų rezultatai buvo pristatyti septyniose mokslinėse konferencijose Lietuvoje ir užsienyje

Projektiranje svepolnih aktivnih RC filtara niskog šuma pomoću optimiranih bikvadratnih sekcija

In this paper it is shown that active-RC filters can be designed to have low-sensitivity to passive components and at the same time possess low output thermal noise. The design procedure of low-noise and low-sensitivity, positive-feedback, second- and third-order low-pass allpole filters, using impedance tapering, has already been published. The noise analysis in this paper was extended to the high-pass and band-pass filters and those with negative-feedback. The optimum designs, regarding both noise and sensitivity of most useful filter sections were summarized in the table form (as a cookbook) and demonstrated on examples. The classical methods were used to determine output noise spectral density and total rms output noise of filters. It was found that low-sensitivity filters with minimum noise have reduced resistance levels, low Q-factors, low-noise operational amplifiers and use impedance tapering design.U ovom radu je prikazano da optimalne aktivne RC filtarske sekcije s niskim osjetljivostima na varijacije pasivnih komponenata istovremeno imaju nizak nivo termičkog šuma na izlazu. Postupak projektiranja nisko osjetljivih i nisko šumnih, nisko-propusnih filtarskih sekcija drugog i trećeg reda s pozitivnom povratnom vezom pomoću ’skaliranja impedancija’ je već objavljen. U ovom radu je analiza izlaznog šuma proširena na nove sekcije koje realiziraju pojasno-propusnu i visoko-propusnu frekvencijsku karakteristiku kao i na sekcije koje koriste negativnu povratnu vezu u realizaciji. Svi postupci optimalnog projektiranja u smislu niskog šuma i niske osjetljivosti za najreprezentativnije filtarske sekcije su sažeti i raspoloživi u obliku tablica s postupkom projektiranja ’korak po korak’ (kuharica) te pokazani na primjerima. U istraživanju su korištene klasične metode za određivanje spektralne gustoće šuma i totalne efektivne vrijednosti šuma na izlazu filtara. Pokazano je da filtri sa niskim osjetljivostima koji istovremeno imaju nizak nivo šuma posjeduju niske vrijednosti otpora, realiziraju niske Q faktore, koriste niskošumna operacijska pojačala u realizaciji te su projektirana metodom skaliranja impedancija

Projektiranje aktivnih RC filtara postupkom skaliranja impedancija

The design procedure of low-sensitivity, low-pass (LP) 2nd- and 3rd-order class-4 Sallen and Key active resistance-capacitance (RC) allpole filters, using impedance tapering, has already been published [1]. There a ladder structure in the positive feedback loop of an operational amplifier was used. In this work, desensitisation using impedance tapering is applied to LP, HP and BP filters up to 6th-order, with single operational amplifier. Realizability constraints are also given. It was shown that the filters up to 3rd-order are analytically solvable, while the higher-than-3rd-order filters can be solved only numerically. It was shown that HP filters have dual properties to LP filters with respect to sensitivity. Among various topologies of BP filters, the best topology is proposed. The sensitivity of a filter’s transfer function to component tolerances is examined using Schoeffler’s sensitivity measure as a basis for comparison. Monte Carlo runs are performed as a double-check. The improvement comes free of charge; component count and topology remain unchanged, whereas the component values, selected for impedance tapering, account for the considerable decrease in sensitivities to component tolerances for the LP as well as for the HP and BP filters. The design of even-order single-amplifier band-pass (BP) active-RC filters using a modified low-pass to band-pass (LP-BP) frequency transformation, applied to a half-order low-pass (LP) filter as a prototype, is also presented. It is shown that a BP filter can be realized by substitution of resistors and capacitors of the ladder in the low-pass prototype filter, by serial and parallel RC circuits in the resulting BP structure. Such a substitution results from a so-called, “lossy” LP-BP transformation. The design procedure is simple, and the closed-form design equations, starting from the specifications of the BP filter, are presented. A complete step-by-step design procedure is verified using filter examples, and double-checked using PSPICE. Low sensitivity performances are achieved by applying the “impedance-tapering” design technique. The influence of the so-called “design-frequency” parameter on the sensitivity and noise performances is investigated in detail. It was shown that, by an appropriate choice of the design frequency value, the filter’s sensitivity and noise could be significantly reduced. Furthermore, desensitisation using “impedance-tapering” is applied to other filter types, for example to class-3 circuits with negative feedback. The class-3 circuit is complementary to the class-4 circuit.Postupak projektiranja aktivnih-RC nisko-propusnih filtara bez konačnih nula, 2. i 3. reda klase 4, koji imaju nisku osjetljivost i malu potrošnju, dobivenih postupkom skaliranja impedancija je već objavljen [1]. Ljestvičasta RC mreža se nalazi u pozitivnoj povratnoj vezi operacijskog pojačala i upotrebljava se za realizaciju takovog filtra. U ovom radu prikazano je smanjivanje osjetljivosti koje se postiže skaliranjem impedancija u navedenoj ljestvičastoj RC mreži i to za nisko-propusne, visoko-propusne i pojasno-propusne filtre do 6. reda s jednim operacijskim pojačalom. Dani su uvjeti ostvarljivosti navedenih filtara. Također, je pokazano da su filtri do 3. reda rješivi analitički, dok je za rješavanje filtara reda višeg od 3. potrebno upotrijebiti numeričke metode. Pokazano je da visoko-propusni filtar ima dualna svojstva nisko-propusnom filtru u smislu osjetljivosti. Nadalje, između različitih topologija kod pojasno-propusnih filtara, predložena je topologija koja ima najmanju osjetljivost. Osjetljivost filtarske prijenosne funkcije na tolerancije komponenata, istraživana je pomoću Schoefflerove mjere osjetljivosti, kao temelja za usporedbu. Dobiveni rezultati su naknadno provjereni pomoću Monte Carlo analize. Poboljšanja dobivamo besplatno, tj. broj elemenata koji čine filtar, kao i njihov razmještaj (topologija) ostaju nepromijenjeni, jedino se mijenjanjem vrijednosti elemenata značajno utječe na smanjenje osjetljivosti na tolerancije komponenata, kako kod nisko-propusnih, tako i kod visoko- i pojasno-propusnih filtara. Nadalje, prikazano je projektiranje pojasno-propusnih aktivnih-RC filtara s jednim pojačalom, pomoću prilagođene frekvencijske transformacije koja transformira niski-propust u pojasni-propust (NP-PP). Navedenu transformaciju primjenjujemo na nisko-propusni filtarski prototip koji ima duplo niži red od rezultirajućeg filtra. Vidljivo je da ta transformacija odgovara zamjeni otpornika i kapaciteta u ljestvičastoj mreži nisko-propusnog prototipa, sa serijskim i paralelnim RC krugovima u konačnoj pojasno-propusnoj filtarskoj strukturi. Navedena zamjena je rezultat tzv. NP-PP frekvencijske transformacije s gubitcima. Postupak projektiranja tako dobivenih pojasno-propusnih filtara je krajnje jednostavan, jednadžbe su dane u eksplicitnom obliku, a cijeli postupak kreće od nisko-propusnog prototipa. Cjelokupni postupak je provjeren na primjeru i dobiveni rezulati su dvostruko provjereni pomoću programa za analizu PSPICE. Niska osjetljivost je dobivena primjenom postupka skaliranja impedancija. Utjecaj parametra tzv. “dizajn frekvencije” na osjetljivost i šumne karakteristike je detaljno istražen. Pokazano je da odgovarajućim odabirom vrijednosti dizajn frekvencije, osjetljivost filtra, kao i njegove šumne karakteristike mogu biti znatno smanjene. Na kraju, pokazano je da je smanjivanje osjetljivosti postupkom projektiranja skaliranjem impedancija primjenjivo i na projektiranje drugih tipova filtara, npr. na projektiranje niskoosjetljivog filtra klase 3, koji ima negativnu povratnu vezu. Filtar klase 3 je komplementaran filtru klase 4