Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

material1 / different / Chung-Yu Wu - Analog Circuit Design

.pdf
Скачиваний:
51
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
29.49 Mб
Скачать

14-30 CHUNG-YU WU

Frequency response of high-Q Band-pass SCF biquad

CALCULATED

CENTER FREQUENCY: 1K Hz

SAMPLING FREQUENCY: 39.6 Hz

○ COMPUTED BY SWITCH CAP × EXPERIMENTAL

14-31 CHUNG-YU WU

§14-8 First-Order SCFs

Ha(s)=

K1S + K0

H(z)=

a1 z + ao

S +ω0

b1 z +1

 

 

1. Flow diagram

ω0

Vin

K0

+

-1/S

 

 

 

Vout

K1S

2. Active-RC design

 

 

1/ω0

 

 

 

1/K0

CA=1

 

 

Vin

 

-

Vout

 

 

K1

+

 

 

 

 

 

3. SCF

 

 

 

 

 

 

 

φ1

 

 

φ1

 

C2

φ1

 

 

 

C1 K1

 

C'1

 

φ2

 

φ2

φ2

C1' TK0

 

 

 

C2 ω0T

 

 

CA

 

fs

Vin

 

 

fc= 2πx

C

-

Vout

 

 

 

 

 

1

+

 

 

 

 

 

14-32 CHUNG-YU WU

4. Z-domain block diagram

 

 

H(z)=Vout =

(C1

+C1 ')z C1

 

 

V

(1

+C

)z 1

 

 

in

 

 

 

2

 

 

 

 

C'1

 

 

+

C2

 

 

 

 

 

 

 

Vin

 

 

 

+

-1 / CA

Vout

 

-1

)

1 - Z-1

C1(1-Z

 

 

 

 

§14-9 Switched-Capacitor Ladder Filters

§14-9.1 Approximate Design of SC Ladder Filters

(1) Third-order low-pass filter without finite transmission zeros

 

 

 

 

 

 

 

RS

V1

L2

I2

V3

 

 

-V1= 1 (Vin V1 I2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

1

 

3

 

+

 

SC1

RS

 

V

in

 

C

C

3

 

RL

Vout

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

-I2=

1 (V1 V3 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

SL2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V3= 1

(I2 +

V3 )

 

 

 

LCR prototype circuit

 

 

 

SC3

 

RL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(no loss)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Loss

transmission zero

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=> ∞

 

1/RS

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 1

 

 

 

-V1

 

 

 

 

Vin

 

 

 

SC1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+1

 

 

 

 

 

-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-I2

 

 

- 1

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

SL2

 

 

 

ωp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

 

 

 

+1

 

 

 

 

 

-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Loss response

 

 

 

 

+

 

- 1

 

 

 

+V3

 

 

 

 

 

 

 

 

SC3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1/RL

Flow diagram

14-33 CHUNG-YU WU

 

 

RS

RS

 

Active-RC realization

 

C1

Vin

 

-

 

-V1

 

1

+

 

 

L2

-1

 

 

 

 

 

 

-I2

 

 

 

 

 

 

 

-

 

CS

 

CS

 

 

 

+

 

 

 

 

 

Vin

φ2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C3

-1

φ1

 

C1

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

-

 

φ1

 

 

 

 

 

φ2

 

 

 

 

 

Vout

 

 

φ

 

φ1

+

 

+

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

C

RL

 

 

 

L2

 

 

 

 

 

 

 

-

φ1

φ2

 

 

 

 

 

 

 

φ1

φ2

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SCF

C

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

C3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ1

φ2

 

 

 

 

 

 

 

+

 

φ2

φ1

 

 

 

 

 

 

 

Vout

SCF realization equations:

 

 

 

 

 

 

 

C= T

 

ωT<<1

 

CL

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

=> Cs RsT C T

CL T / RL

Due to the approximation made in finding C values, error still exists which may be refined by the z-domain analysis.

14-34 CHUNG-YU WU

(2) Third-order low-pass filter with transmission zeros

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ωa1=-ωa2= L2C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-V =

 

 

1

 

 

Vin V1

+ sC V

I

 

,

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

 

 

 

 

Rs

 

 

 

2

3

 

 

 

 

s(C1 +C2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-I2=

1

[V1 V3 ],

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sL2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+V3=

1

sC V

I

 

+

V3

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s(C2 +C3 )

 

2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RL

 

 

 

LCR Prototype circuit:

 

 

 

 

 

C

IC2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

RS

L2

I2

V3

 

 

 

V1

 

 

 

~

1

 

3

+

 

 

 

 

Vin

C1

C3

RL

Vout

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

1/RS

 

 

Vin

1/RS

+

- 1

 

-V1

 

s(C

+C )

 

 

 

 

1

2

 

 

Flow diagram:

 

 

SC2

 

 

 

 

 

 

-1

 

 

 

 

 

 

 

 

-I2

- 1

 

+

 

 

 

 

 

 

 

SL2

 

 

 

 

 

 

 

 

-1

 

 

 

SC2

 

 

 

 

+

- 1

+V3

Vout

 

 

S(C2+C3)

 

 

 

 

 

1/RL

Active-RC

 

 

 

 

RS

 

 

 

 

 

 

CA=C1+C2

 

 

 

Realization:

 

 

 

 

 

 

 

 

RS

 

 

 

 

 

 

 

Vin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

-V1

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

C = L /R2

 

-R

 

 

 

 

 

 

B

2

 

 

 

 

 

 

 

-RI2

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

2

C2

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CC=C2+C3

 

-R

 

 

 

 

 

 

-

 

 

Vout

 

 

 

 

 

 

+

 

V3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RL

 

 

 

 

 

 

 

CS

 

CS

 

 

 

Vin

φ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SCF:

 

φ1

 

 

 

CA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ1

φ2

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

φ2

φ1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

C

 

CB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ1

φ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ1

φ2

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2

C2

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CC

 

 

 

 

 

 

 

φ1

φ2

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

φ2

φ1

 

 

 

 

 

 

CL

 

 

 

14-35 CHUNG-YU WU

Cs T / Rs,

CA=C1+C2,

C T ,

CB=L2,

Cc=C2+C3,

CL T / RL .

Vout

14-36 CHUNG-YU WU

 

(3) Fourth-order Bandpass filter

 

 

 

 

 

 

 

 

C2

 

 

 

 

 

R

1

 

I2

L2

V3

 

3

 

 

S

 

V1

 

 

 

 

~

 

 

I1

 

 

I3

 

+

Vin

C

L

1

 

L3

C3

RL

Vo

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

LCR Prototype Circuit

 

 

 

 

 

 

1/RS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vin

1/RS

+

 

 

 

- 1

 

 

-V1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s(C

+C )

 

 

-V1= 1

Vin V1

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

+ sC V

I

1

I

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RS

2 3

 

 

 

 

 

 

-I1-I2

 

 

 

 

 

 

 

 

s(C1 +C2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

-I

1

- 1

-1

 

-V1 -I1=

V1 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SL1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sL1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-I2

 

 

 

 

 

 

 

-I2=

V1 +V3 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SC2

 

 

 

 

sL2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VB

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VA

A

 

 

 

 

 

 

 

I3= sL ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-I2

- 1

-1

+

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

VC

 

 

 

SL2

 

V3=

 

+ I3 I2

+

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

VD

 

s(C2 +C3 )

sC2V1

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

RL

 

 

 

 

-I2

 

 

SC2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

I3

- 1

-1

 

V3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SL3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I3-I2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

- 1

V3

 

 

Vout

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S(C2+C3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1/RL

14-37 CHUNG-YU WU

** The circuit has a stability problem at dc. Due to inductor loops!

HAB

 

 

 

VB

 

 

 

 

=

 

 

 

sL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

VA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Circuits below A and

B disconnected

S 2 L

(C +C

)

+ SL / Rs +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

2

 

1

 

 

 

HCD

 

 

 

VC

 

 

 

 

=

 

 

 

sL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

VD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Circuits below C and

D

disconnected

S 2 L (C

 

+C

) + SL / R

L

+1

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

3

 

 

3

 

 

When S→0, HAB→0, HCD→0

> There will be no dc feedback paths around the

center integrator which provides -I2.

> OP AMP will be in the open-circuit status with A→∞.

> Saturation occurs

How to solve this problem?

Don't model the inductor loop currents separately.

i.e. I1, I2, I3.

 

Only two inductive currents I 1 and I 3

entering nodes

1 and 3 are modeled.

 

> Vin =0 and S0, I 1 =0 and I 2

=0

>No any instability at dc.

i.e.

Treat only two inductors as independent inductors. I 1 =I1+I2

I 3 =I2-I3

New flow diagram:

14-38 CHUNG-YU WU

-V1= s(C1+1C2 ) VinRs V1 + sC2V3 I(11) ,

-I(1)

(I

1

+ I

2

) =

1

 

V

 

L1V3

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sL12

 

 

 

 

L1 + L2

 

 

V3=

 

 

 

1

 

 

sC V

I

(3)

+

V3

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

s(C2 +C3 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RL

-I(3)

I3-I2=

1

 

 

 

L1V1

 

 

 

 

 

V3

+

,

 

 

 

 

sL12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L1 + L2

 

 

 

 

Where L12 L1 L2 = L1 L2 /(L1 + L2 )

14-39 CHUNG-YU WU

Соседние файлы в папке different