طراحی و شبیه‌سازی یک فیلتر پایین‌گذر مرتبه چهار gmc بر پایه معکوس‌کننده‌های cmos با مدار تنظیم خودکار فرکانس در فناوری cmos nm 90

یکی از زمینه‌های تحقیقاتی در پدافند نوین، سامانه‌های رادیویی بی‌سیم با توان مصرفی کم است که به طور خاص منجر به تقاضا برای فیلترهای با عملکرد بالاتر می‌شود. فیلترهای gmc به دلیل عملکرد فرکانس بالا و قابلیت مجتمع شدن در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته‌اند. در این مقاله یک فیلتر پایین گذر مرتبه چهار gmc با مدار تنظیم فرکانس خودکار روی تراشه ارائه شده است. هسته این فیلتر یک تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی (ota) فرکانس بالای ولتاژ پایین بر پایه معکوس کننده های cmos است. برای افزایش خطینگی ota، مدار پس‌خور مد مشترک (cmfb) جدیدی ارائه شده که با مدار پیش‌خور مد مشترک (cmff) ترکیب شده‏ است. همچنین در این مقاله مدار تنظیم فرکانس خودکار جدیدی ارائه شده تا از طریق تنظیم ولتاژ بالک ترانزیستورها اثرات عدم تطبیق در المان ها و تغییرات دمایی بر ota و درنتیجه فرکانس قطع فیلتر را جبران کند، درحالی‌که این مدار بخش کمی از توان مصرفی فیلتر را به ‌خود اختصاص می‌دهد. مدارها با استفاده از فناوری cmos nm 90 tsmc و با منبع تغذیه v 1 در نرم افزار cadence طراحی و شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی پس از جانمایی نشان می‌دهد بهره تفاضلی dc، بهره مد مشترک، فرکانس قطع db 3  و فرکانس بهره واحد ota به‌ترتیب برابر با db 34.7، db 26 ، mhz 237 و ghz 13.8 است. فرکانس قطع فیلتر gh 1 است و با اعمال ولتاژهای ورودی vpp 0.2 دو تن، مقدار مدولاسیون داخلی مرتبه سوم (im3) فیلتر در فرکانس قطع فیلتر برابر با db 38  می باشد. توان مصرفی و مساحت اشغالی فیلتر به‌ترتیب mw 4.8 و mm2 0.038×0.043 می‌باشد. همچنین شبیه‌سازی مونت‌کارلو مقاومت خوب فیلتر پیشنهادی را در برابر خطاهای فرآیند ساخت نشان می‌دهد.

Design and Simulation of FourthOrder LowPass GmC Filter Based on CMOS Inverters With OnChip Automatic Tuning

The study of low power wireless radio systems is an area in modern defense that especially deals with higher performance filters. In recent years, GmC filters have drawn attention due to their high frequency performance and integrability. In this paper, a fourthorder lowpass GmC filter with onchip automatic tuning circuit is presented. The core of this filter is a lowvoltage highfrequency CMOS inverterbased operational transconductance amplifier (OTA). To improve the linearity of the OTA, a new commonmode feedback (CMFB) circuit is presented that is combined with a commonmode feedforward (CMFF) circuit. Moreover, a new automatic tuning circuit is presented. By tuning the bulk voltage of transistors, this circuit compensates the effects of mismatches and temperature changes on the OTA, and therefore, on the filter cutoff frequency. Furthermore, this circuit consumes small portion of the power consumed by the filter. The circuits are designed and simulated in Cadence using TSMC 90nm CMOS technology and a 1 V power supply. The postlayout simulation results show that the DC differential gain, commonmode gain, 3 dB cutoff frequency and unitygain frequency of the OTA are 34.7 dB, 26 dB, 255 MHz and 13.8 GHz, respectively. The cutoff frequency of the filter is 1 GHz, and by applying 0.2 Vpp input voltages, the thirdorder intermodulation (IM3) of the filter at the cutoff frequency is 38 dB. The power consumption and the area of the filter are 4.8 mW and 0.043 × 0.038 mm2, respectively. Moreover, Monte Carlo simulations show the good robustness of proposed filter against the process errors.