Projektiranje svepolnih aktivnih RC filtara niske osjetljivosti pomoću optimiranih bikvadratnih sekcija

In this paper we present an optimal design procedure for second- and third-order active resistance-capacitance (RC) single-amplifier building blocks that are used to build a high-order tolerance-insensitive allpole filter. The design procedure of low-sensitivity, low-pass second- and third-order active-RC allpole filters, with positive feedback, has already been published. The design was extended to the high-pass and band-pass filters, as well as, to the filters using negative feedback. In this paper we summarize all these previously presented designs in the form of a tabulated step-by-step design framework (cookbook). The low passive sensitivity of the resulting circuits, as well as low active sensitivity features are demonstrated on the high-order Chebyshev filter examples. The resulting low passive sensitivity is investigated using the Schoeffler sensitivity measure, whereas the low active sensitivity is investigated with Matlab using finite and frequency dependent opamp gain.Prikazan je optimalan postupak projektiranja aktivnih RC filtarskih sekcija drugog i trećeg reda bez konačnih nula s jednim pojačalom koje se koriste pri građenju filtara visokog reda s niskom osjetljivošću. Postupak projektiranja nisko osjetljivih, nisko propusnih filtara već je objavljen, a u ovome je radu navedeni postupak proširen na nove sekcije koje realiziraju pojasno propusnu i visoko propusnu frekvencijsku karakteristiku kao i na sekcije koje koriste negativnu povratnu vezu u realizaciji. Svi su postupci optimalnog projektiranja sažeti i raspoloživi u obliku tablica s postupkom projektiranja “korak po korak”. Niska osjetljivost na tolerancije pasivnih komponenata, kao i niska osjetljivost na varijacije aktivnog elementa (pojačala) pokazani su na primjerima projektiranja Chebyshevljevih filtara visokog reda. Pritom ostvarena niska osjetljivost, kako pasivna tako i aktivna, istraživane su pomoću Shefflerove mjere osjetljivosti, odnosno uporabom frekvencijski ovisnog modela operacijskog pojačala u simulaciji pomoću programa Matlab

Projektiranje aktivnih RC filtara niske osjetljivosti s jednim pojačalom pomoću tablica

A single-amplifier, active-RC filters design procedure for common filter types, such as Butterworth and Chebyshev, using tables with normalized filter component values, is presented. The considered filters consist of RC ladder network in operational amplifier’s positive feedback path. Tables with normalized component values having equal capacitors and equal resistors were presented by some authors [1, 2]. In this paper, we presented new tables for designing filters with optimized sensitivity to passive circuit components. A considerable improvement in sensitivity is achieved using the design technique called »impedance tapering«. The presented filters are up to the 6th-order. The sensitivity problem generally limits the use of higher than 6th-order single-amplifier filters. Low-pass and high-pass filters design is presented.Prikazan je postupak projektiranja aktivnih RC filtara s jednim pojačalom pomoću tablica s normaliziranim filtarskim komponentama za poznate tipove aproksimacija kao što su Butterworth i Chebyshev. Filtri su građeni od RC ljestvičaste mreže u pozitivnoj povratnoj vezi pojačala. Tablice s normaliziranim vrijednostima elemenata s jednakim kapacitetima i s jednakim otporima su već objavljene od strane raznih autora [1, 2]. U ovom radu, prikazujemo nove tablice za projektiranje filtara koji imaju optimalnu osjetljivost na varijacije pasivnih komponenata. Značajno smanjenje osjetljivosti postiže se posebnom tehnikom projektiranja »pomoću skaliranja impedancija«. Prikazani filtri su do uključujući šestog reda. Problem osjetljivosti ne dopušta da red promatranih filtara bude veći od šestog reda. Prikazano je projektiranje niskopropusnih i visokopropusnih tipova filtara

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