|
|
Vybrané metody návrhu kmitočtových filtrů s netradičními aktivními prvky
Omasta, Zdeněk ; Koton, Jaroslav (oponent) ; Herencsár, Norbert (vedoucí práce)
Tato práce je zaměřena na srovnání čtyř nejnovějších nástrojů pro návrh analogových kmitočtových fitrů. Po úvodní části je uveden popis vlastností a vnitřní struktutry aktivních prvků CCII (second-generation current conveyor), VG-CCII (variable gain current conveyor), VCG-CCII (voltage and current gained second generation current conveyor) a CFTA (current follower transconductance amplifier), použitých pro návrh. Následně je uveden postup návrhu kmitočtových filtrů pomocí zobecněné metody návrhu filtrů vycházející z úplné admitanční sítě, rozšiřováním autonomních obvodů, pomocí grafů signálových toků a se syntetickámi prvky vyššího řádu. Z úplných admitančních sítí s jedním a se dvěma prvky CFTA je navrženo třicet devět autonomních obvodů. Vybraná zapojení autonomních obvodů jsou použita pro přímý návrh kmitočtového fitru a pro návrh kmitočotvého filtru metodou rozšiřováním autonomních obvodů. Výsledné struktury umožnují řízení činitele jakosti Q0 nezávisle na charakteristickém kmitočtu f0. Pomocí metody využívající grafů signálových toků je proveden návrh tří kmitočtových filtrů s aktivními prvky CFTA, VG-CCII a VCG-CCII. Zapojení plně multifunkčního kmitočtového filtru s konvejory VG-CCII a VCG-CCII umožnuje přelaďovat činitel jakosti Q0 a charakteristiký kmitočet f0 nezávisle na sobě. V posledním je pomocí metody návrhu využívající syntetické prvky vyššího řádu navržen kmitočtový filtr typu dolní propust druhého až čtvrtého řádu. Pro všechny uvedené metody návrhu bylo u vybraných zapojení provedeno ověření teoretických vlastností simulacemi v programu PSpice.
|
|
|
Návrh plně diferenčních kmitočtových filtrů s proudovými aktivními prvky za pomoci metody grafu signálových toků
Štork, Petr ; Jeřábek, Jan (oponent) ; Langhammer, Lukáš (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá návrhem kmitočtových filtrů pracujících v proudovém, plně diferenčním módu, a to za pomocí grafů signálových toků. První část práce je zaměřena na obecný popis kmitočtových filtrů, jejich funkci a rozdělení. V další části práce jsou popisovány aktivní prvky, jenž tvoří tyto kmitočtové filtry, jako jsou více-výstupové proudové sledovače (MO-CF), dvou či více-výstupové transkonduktanční zesilovače (BOTA, MOTA) a digitálně řiditelné diferenční proudové zesilovače (DACA). Dále je teoreticky probírána problematika a různé způsoby návrhu těchto filtrů. Ve zbývající části práce je podrobně popsáno šest navržených zapojení kmitočtových filtrů, které jsou pomocí takzvaného zrcadlení pasivních prvků převedeny na diferenční zapojení. Uvedeny jsou výpočty pasivních součástek a výsledky simulací, kde jsou porovnávány nediferenční a diferenční varianty těchto navržených kmitočtových filtrů. Nakonec jsou vybrány některé varianty návrhů, které byly zrealizovány, následně odměřeny a porovnány zejména mezi sebou a také se simulovanými výsledky.
|
|
|
Syntéza a analýza obvodů s moderními aktivními prvky
Koton, Jaroslav ; Vrba, Kamil (vedoucí práce)
Disertační práce pojednává o návrhu a realizaci aktivních kmitočtových filtrů s proudovými (CC – Current Conveyor) a napěťovými konvejory (VC – Voltage Conveyor), dále pak s proudovými aktivními prvky CMI (Current Mirror and Inverter), MCMI (Multi-output CMI) a PCA (Programmable Current Amplifier). V úvodu práce jsou tyto aktivní prvky popsány jako elementy příhodné pro návrh obvodů pracujících v napěťovém, proudovém a smíšeném módu, resp. v tzv. čistě proudovém módu, jedná-li se o proudové aktivní prvky. Nové struktury kmitočtových filtrů s vybranými aktivními prvky uvedené v práci jsou navrženy použitím metod zobecněných autonomních obvodů, transformačních článků a grafů signálových toků. Zobecněná metoda autonomních obvodů je založena na tom, že je definována úplná admitanční síť, ke které je připojen zobecněný aktivní prvek či prvky. Definované admitanční sítě pak lze aplikovat pro různé aktivní prvky. Další metoda návrhu užívá transformační články, které jsou použity pro realizaci syntetických prvků s imitacemi vyšších řádů. Jsou uvedeny původní podmínky realizace těchto bloků, které vedou na maximální jednoduchost výsledné struktury s minimálním počtem pasivních a aktivních prvků. Pro efektivní využití další metody využívající grafů signálových toků jsou diskutovány nové redukované grafy vybraných aktivních prvků. Jejich použití vede na přímou syntézu funkčních bloků, které vykazují požadované vlastnosti. Činnost vybraných zapojení byla podrobena analýze v simulačních programech. Aktivní prvky byly přitom realizovány univerzálními proudovými (UCC) nebo napěťovými konvejory (UVC), které byly na našem pracovišti ve spolupráci s firmou AMI Semiconductor Design Centre v Brně navrženy a vyrobeny v technologii CMOS 0,35 m. Tyto aktivní prvky byly také použity k realizaci vybraných zapojení. Reálná měření byla provedeny ve frekvenční oblasti 10 kHz až 100 MHz.
|
|
|
Multifunkční analogové kmitočtové filtry
Žůrek, Radomil ; Koton, Jaroslav (oponent) ; Minarčík, Martin (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se obecně zabývá kmitočtovými filtry a jejich použitím. Jsou zde prezentovány zapojení multifunkčních kmitočtových filtrů se zaměřením na aktivní prvky jako jsou proudové konvejory (GCC), napěťové konvejory (GVC) a transkonduktanční zesilovače (OTA) jenž pracují jak v proudovém tak napěťovém módu. V práci jsou dále prezentovány výsledky návrhu dvaceti šesti kmitočtových filtrů druhého řádu jenž všechny pracují v proudovém i napěťovém módu. Je zde teoreticky rozebrána problematika návrhu tzv. M-C grafů jenž jsou grafickou obdobou napěťových a proudových incidenčních matic. Na příkladech jsou rozebrány některé navržené reprezentativní zapojení, určeny jednotlivé přenosové funkce těchto multifunkčních filtračních zapojení a jako výsledky jsou prezentovány modulové kmitočtové charakteristiky. U každého navrženého filtračního zapojení je sestaven M-C graf (graf signálových toků) jenž příslušný obvod charakterizuje. Nakonec jsou zhodnoceny vlastnosti M-C grafů a jejich vhodnost použití.
|
|
|
Využití grafů signálových toků k návrhu diferenčních filtrů
Žůrek, Radomil ; Kubánek, David (oponent) ; Jeřábek, Jan (vedoucí práce)
Diplomová práce pojednává o návrhu plně diferenčních kmitočtových filtrů za pomoci grafů signálových toků. Jsou zde prezentovány postupy návrhů kmitočtových filtrů se zaměřením na aktivní prvky, jako jsou proudové více-výstupové proudové sledovače (MO-CF) a řiditelné diferenční proudové zesilovače (DACA) jenž pracují v proudovém módu. Je zde teoreticky rozebrána problematika návrhu tzv. M-C grafů jenž jsou grafickou obdobou napěťových a proudových incidenčních matic. V práci jsou dále prezentovány výsledky návrhů třech obvodů kmitočtových filtrů druhého řádu pomocí nepřímé metody návrhu pomocí M-C grafů a jeden obvod pomocí přímé metody návrhu. Výsledky jednotlivých simulací a měření jsou prezentovány v modulových kmitočtových charakteristikách. Nakonec jsou zhodnoceny vlastnosti M-C grafů a jejich vhodnost použití.
|
|
|
Transformační návrhová metoda filtrů vycházející z pasivních struktur
Venclovský, Martin ; Koton, Jaroslav (oponent) ; Herencsár, Norbert (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá transformací pasivních prvků, ve strukturách filtrů, na aktivní náhrady s novým prvkem CFTA. V úvodní části jsou uvedeny základní vlastnosti a typy filtrů, jejich kmitočtové charakteristiky a tvary přenosových funkcí. V další části je uveden vývoj grafů signálových toků, jednotlivé typy a jejich modifikace. Rozvedena je metoda Mason-Coatesových grafů, která se pro řešení obvodů jeví jako nejvhodnější. Uvedeny jsou pravidla pro správné sestavení a vyhodnocení M-C grafů. Dále jsou popsány aktivní prvky CFTA, CDTA a proudový konvejor. V projektu jsou vytvořeny aktivní náhrady k plovoucí a uzemněné indukčnosti, plovoucímu kondenzátoru a také k plovoucímu a uzemněnému rezistoru. Jsou zde rovněž vytvořeny náhrady k paralelním kombinacím plovoucích pasivních prvků. Jednotlivá zapojení náhrad využívají jako aktivní prvek CFTA a jako náhradní pasivní prvek uzemněný kondenzátor. U vytvořených ekvivalentů jsou uvedeny tvary M-C grafů, přenosové funkce a rovnice pro výpočet pasivního prvku náhrady. Funkčnost vytvořených bloků je vždy ověřena pomocí počítačové simulace, na pasivních filtrech druhého řádu. Vytvořené náhrady jsou přehledně uspořádány v tabulkách, společně s odpovídajícími signálovými grafy, přenosovými funkcemi a rovnicemi pro výpočet kondenzátorů náhrady. V práci jsou definovány dva způsoby spojování vytvořených náhrad v rámci jednoho zapojení, kdy lze využít prosté spojení či sloučení hraničních prvků. Při využití sloučení hraničních prvků je možné snížit celkový počet použitých aktivních prvků. Použití vytvořených náhrad je prostřednictvím obou metod ověřeno na známých strukturách pasivních kmitočtových filtrů vyšších řádů. Zapojení struktury filtru dolní propusti třetího řádu je zde realizováno a proměřeno ve frekvenční oblasti od 100 Hz do 100 MHz.
|
|
|
Návrh kmitočtových filtrů s netradičními složenými aktivními prvky
Danyi, Ivo ; Koton, Jaroslav (oponent) ; Jeřábek, Jan (vedoucí práce)
Tato práce pojednává o kmitočtových filtrech druhého řádu, které pracují v proudovém módu. Jako aktivní prvky jsou využity VDTA (napěťový diferenční transkonduktanční zesilovač – Voltage Differencing Transconductance Amplifier) a CCTA (transkonduktor s předřazeným proudovým konvejorem – Current Conveyor Transconductance Amplifier) a jako návrhová metoda je použita metoda grafu signálových toků. Jsou navrženy a analyzovány čtiři kmitočtové filtry. První využívá pouze jeden VDTA prvek a předsta- vuje multifunkční kmitočtově řiditelný kmitočtový filtr druhého řáda. Druhý je složený ze dvou VDTA prvků a představuje plně řiditelný multifunkční kmitočtový filtr druhého řádu. Třetí využívá jeden prvek CCTA a představuje multifunkční kmitočtový filtr druhého řádu bez řizení. Čtvrtý využívá jednoho prvku CCTA a VDTA a představuje multifunkční kmi- točtově řizený kmitočtový filtr druhého řádu. Všechny kmitočtové filtry jsou podrobeny citlivostní analýze a simulovány pro ideální a neideální aktivní prvek. Druhé obvodové zapojení se dvěma VDTA prvky je realizováno a analyzovány vlastnosti tohoto filtru.
|
|
|
Aktivní kmitočtové filtry pro vyšší frekvence
Fröhlich, Lubomír ; Dostál, Tomáš (oponent) ; Biolek, Dalibor (oponent) ; Sedláček, Jiří (vedoucí práce)
Práce pojednává o syntéze a optimalizaci kmitočtových analogových filtrů s moderními aktivními prvky užitých pro vyšší frekvence. Práce je rozdělena do tří částí, první část se zabývá problematikou týkající se kombinované ARC struktury Leap-Frog. Tato metoda není vzhledem k složitému návrhu řádně popsána a využívána v praktické rovině, přestože vykazuje např. nízké citlivosti. Pro rozšíření této metody byla nejprve provedena kompletní analýza jednotlivých typů filtrů pro zakončení typu a T a následné poznatky byly využity při implementaci této metody do programu NAF. V závěru byly zrealizovány vzorky reálných filtrů pro ověření funkčnosti a správného návrhu. Dalším velice zajímavým tématem v oblasti filtrů je využití vázaných pásmových propustí pro malé šířky pásma, kde je především nutné řešit problematiku týkající se poměru hodnot stavebních prvků, ale také ceny, kvality, rozměru cívek, citlivostí, činitelů jakosti, koeficientů atd. Proto se v praxi velice často nahrazuje cívka v obvodech RLC jinými ekvivalentními ztrátovými nebo bezeztrátovými bloky, které vytvářejí strukturu filtrů ARC. Zde byl především popsán návrh a možnost využití ztrátových uzemněných prvků jako jsou syntetické induktory a kmitočtově závislé negativní rezistory. Součásti návrhu jsou jednotlivé počítačové citlivostní analýzy, vymezení pásma použitelnosti a porovnání vlastností jednotlivých ztrátových uzemněných bloků. Kromě toho byl vytvořen pro tyto prvky program, který slouží k rychlému návrhu a zobrazení modulových a fázových kmitočtových charakteristik. Třetí část se zabývá využitím laditelných univerzálních filtrů obsahující tři či více operačních zesilovačů, čímž je zajištěna jejich univerzálnost a možnost vytvářet různé druhy přenosových charakteristik. V praxi jsou nejvíce využívány dva typy univerzálních filtrů, a to Akerberg - Mossberg a Kerwin - Huelsman - Newcomb, ke kterým bylo vztaženo porovnávání dalších méně známých univerzálních filtrů. V závěru byla ukázána možnost digitálního ladění univerzálního filtru pomocí digitálních potenciometrů pro filtr 10. řádu a kmitočet okolo 1 MHz.
|
|
|
Filtrační struktury obsahující prvky fraktálního řádu
Kubát, Pavel ; Kubánek, David (oponent) ; Dvořák, Jan (vedoucí práce)
Bakalářská práce se zabývá problematikou kmitočtových filtrů s neceločíselným řádem. V první části této práce je přiblížení a základní rozdělení kmitočtových filtrů, na kterou navazuje část, která se zabývá problematikou neceločíselných kmitočtových filtrů a jejich možnou realizovatelností. V následující kapitole jsou stručně popsány aktivní prvky, které byly použity pro návrh kmitočtového filtru. Poslední kapitolou zajímající se o teoretickou část je kapitola metody návrhu kmitočtových filtrů, tato kapitola se zajímá a stručně popisuje metodu grafů signálových toků. Další částí této práce je praktická část, kde je popsán samotný návrh a následnými simulacemi kmitočtového filtru s neceločíselným řádem. Poslední část je věnována praktické realizaci a měření obvodu.
|
|
|
Návrh koncepce napěťového konvejoru a jeho aplikační možnosti
Minarčík, Martin ; Vrba, Kamil (vedoucí práce)
Disertační práce pojednává o napěťovém konvejoru jako novém aktivním prvku pro analogové zpracování signálu. Různé typy napěťových konvejorů byly definovány na základě principu duality proudového a napěťového módu jako duální prvky proudových konvejorů. Byla navržena koncepce aktivního prvku, který dokáže zastoupit všechny typy napěťových konvejorů. Prvek byl nazván univerzální napěťový konvejor –UVC a podle navržené koncepce jeho vnitřní struktury byl vyroben ve spolupráci s firmou AMI Semiconductor. Základním stavebním blokem UVC je zapojení napěťového sledovače. Při výrobě UVC byla použita známá obvodová realizace napěťového sledovače, vycházející ze čtyř transkonduktančních zesilovačů, kde klíčové parametry (napěťový přenos a výstupní odpor) jsou odvozeny od poměrné přesnosti transkonduktančních zesilovačů. Pro další možnou výrobu UVC byla navržena původní obvodová realizace sledovače, vycházející pouze ze tří transkonduktančních zesilovačů, kde jsou taktéž klíčové parametry dány poměrnou přesností transkonduktančních zesilovačů. Disertační práce dále pojednává o návrhu kmitočtových filtrů s napěťovými konvejory s využitím grafů signálových toků. Byly vytvořeny různé grafy napěťových konvejorů vycházející z různých metod analýzy linearizovaných obvodů s neregulárními aktivními prvky. S využitím známých metod grafického zobrazení řízených zdrojů byl vytvořen elementární graf napěťového konvejoru, který byl dále využíván při návrhu multifunkčních kmitočtových filtrů, filtrů s vysokou vstupní a nízkou výstupní impedancí a řiditelných kmitočtových filtrů. Návrhové postupy jsou vytvořeny tak, aby v určitém kroku mohl být elementární graf napěťového konvejoru rozšířen na graf libovolného napěťového konvejoru a tímto je zjišťováno praktické využití různých typů napěťových konvejorů. Dále je vytvořena nová metoda návrhu kmitočtových filtrů založená na rozšiřování grafů signálových toků.
|
host ::
RSS.