Salt aktif süzgeçler

Bugüne kadar "salt aktif süzgeçler" başlığı altında yapılan birçok devre, kompanze edilmiş işlemsel kuvvetlendirici ve OTA elemanları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İşlemsel kuvvetlendiricinin kompanzasyonu için kullanılan kapasitenin pasif bir eleman olması nedeniyle, şimdiye kadar literatürde sunulan devrelerin "salt aktif" tanımına tam olarak uygun oldukları söylenemez. Bu çalışmada harici veya tümdevre kapasitelerinin hiçbirisi kullanılmadan sadece aktif elemanların iç kapasiteleri kullanılarak süzgeç devrelerinin nasıl gerçekleneceği ortaya konulmuştur. Temel analog işaret işleme yapı taşlarından olan aktif süzgeçlerin tümdevre gerçekleştirilmesindeki en önemli sorunlardan biri, tümdevre kapasitelerin kırmık üzerinde kapladığı alandır. Bu olumsuz durum daha büyük zaman sabitli, daha büyük değerli kapasite kullanımını gerektiren alçak frekans süzgeçlerinde daha da kritik hale gelmektedir. MOS transistorun geçit kapasitesinin kapasite yoğunluğu, poli arası veya poli metal arası tümdevre kapasitelerinin yoğunluğuna göre daha büyük olmaktadır. Ayrıca gene MOS geçit kapasitesi, tümdevre kapasiteleri kadar doğrusal davranışa sahiptir. Bu tezde, tümdevre süzgeçlerinin kırmık üzerinde daha düşük alan kaplayarak gerçeklenmesi amacıyla, bunların tümdevre kapasiteleri yerine MOS geçit kapasiteleri kullanılarak nasıl gerçeklenebileceği ve bu gerçeklemelerin getireceği avantajlar ortaya konulmuştur. Bu doğrultuda harici pasif eleman kullanmadan istenilen süzgeç fonksiyonunu gerçekleyen salt aktif süzgeçlerin gerçeklenmesine yönelik yeni devre topolojileri önerilmiştir. Bu elde edilen devrelerin, harici pasif elemanlar ile gerçekleştirilen devrelere göre tümdevre üzerinde daha düşük alan kapladığı görülmüştür. Öte yandan, tezde verilen salt aktif süzgeçlerin sentezinde MOS transistorun en büyük iç kapasitesi olan geçit kapasitesi kulllanılmış olduğundan, dinamik davranışları parazitik kapasitelerin etkilerden daha az etkilenmekte, bunlar klasik süzgeçlere göre yüksek frekanslı çalışmaya çok daha uygun olmaktadırlar. Tezin ikinci bölümünde, düşük frekanslı süzgeçlerin tümdevre üzerinde kapladığı alanı düşürmek amacıyla dört farklı devre tasarım teknikleri önerilmiş, ve tümleştirilebilen düşük frekanslı süzgeç devreleri elde edilmiştir. Bu doğrultuda çok geniş bir frekans bölgesinde ayarlanabilen temel süzgeç fonksiyonlarını gerçekleyen devreler elde edilmiştir. Önerilen yöntemler sayesinde büyük boyutlu transistorlar kullanmaya ihtiyaç duymadan, 1.8MHz'lik integratör tabanlı bant geçiren salt CCCII süzgeç devresi, 3MHz'lik birinci derece salt MOSFET tümgeçiren devre ve 24MHz'lik ikinci derece bant geçiren süzgeç devreleri elde edilmiştir. Benzetim sonuçlarıyla da bu devrelerin uygulanabilirliği gösterilmiştir. Önerilen devre tasarım teknikleri kullanılarak gerçekleştirilen salt aktif süzgeçlerin etkin kullanım alanına sahip olduğunu göstermek için, 4MHz'lik birinci derece tümgeçiren süzgeç devresi önce harici kapasiteler kullanılarak MOSFET-C süzgeci olarak, daha sonra tezde önerilen yöntemlere uygun olarak salt MOSFET süzgeci olarak gerçeklenmiştir. Devrelerin serimleri çizilmiş ve önerilen yöntem sayesinde %81 oranında bir alan tasarrufu sağlandığı gösterilmiştir. Sadece düşük frekanslı çalışma için kullanılan yöntem sayesinde değil, salt aktif yapıdaki devrelerin kullanılmasıyla da alan tasarrufu sağlanmıştır. 37MHz'lik kesim frekansındaki devre için de %40'lık bir alan tasarrufu sağlanmıştır.