Electronically adjustable realizations of power-law filters

This MSc Thesis deals with a new category of fractional-order filters, realized without employing a fractional-order Laplacian operator. In particular, the design of a generalized structure which is capable of implementing power-law filters derived from 1st and 2nd-order mother filter functions is p...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Τσουβάλας, Ερρίκος
Άλλοι συγγραφείς: Tsouvalas, Errikos
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/15879
id nemertes-10889-15879
record_format dspace
spelling nemertes-10889-158792022-09-05T11:17:21Z Electronically adjustable realizations of power-law filters Ηλεκτρονικά ρυθμιζόμενες υλοποιήσεις φίλτρων νόμου δύναμης Τσουβάλας, Ερρίκος Tsouvalas, Errikos Non-integer order filters Fractional-order filters Power-law filters Tunable filters Φίλτρα κλασματικής τάξης Τελεστικοί ενισχυτές διαγωγιμότητας This MSc Thesis deals with a new category of fractional-order filters, realized without employing a fractional-order Laplacian operator. In particular, the design of a generalized structure which is capable of implementing power-law filters derived from 1st and 2nd-order mother filter functions is presented. Different approximation tools have been evaluated in this work, for choosing the most efficient for approximating the behavior of power-law filters. After presenting and comparing the results of these methods and selecting the case with the the lowest error, the derived integer-order rational transfer functions, can be implemented using conventional filter design techniques. Thus, there is no need for fractional-order elements, which are not yet commercially available, to realize this class of filters. The proposed structure is realized using Operational Transconductance Amplifiers (OTAs) as active elements, because of the electronic tuning capability of their characteristics through appropriate dc bias currents. The MOS transistors of the OTAs were selected to operate in weak inversion region in order to achieve low power consumption and low supply voltage. The performance of the proposed system is evaluated through simulation results that have been derived, using the Cadence software and the Design Kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) CMOS 0.35\,\mu m technology process. Η παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία πραγματεύεται μια νέα κατηγορία φίλτρων κλασματικής τάξης, τα οποία υλοποιούνται χωρίς χρήση του Λαπλασιανού τελεστή κλασματικής τάξης. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζεται ο σχεδιασμός μιας γενικευμένης δομής, η οποία είναι ικανή να υλοποιήσει φίλτρα νόμου δύναμης που προέρχονται από συναρτήσεις μεταφοράς 1ης και 2ης ακέραιας τάξης φίλτρων. Διαφορετικά εργαλεία προσέγγισης έχουν αξιολογηθεί σε αυτήν την εργασία, για την επιλογή του πιο αποτελεσματικού για την προσέγγιση της συμπεριφοράς των φίλτρων νόμου δύναμης. Αφού παρουσιαστούν και συγκριθούν τα αποτελέσματα των μεθόδων αυτών και επιλεχθεί η περίπτωση με την μεγαλύτερη ταύτιση (δηλαδή το μικρότερο σφάλμα), οι προκύπτουσες συναρτήσεις μεταφοράς ακέραιας τάξης μπορούν να υλοποιηθούν χρησιμοποιώντας κλασικές τεχνικές σχεδιασμού φίλτρων. Έτσι, για την υλοποίηση αυτής της κατηγορίας φίλτρων δεν είναι αναγκαία στοιχεία κλασματικής τάξης, τα οποία δεν είναι ακόμη εμπορικά διαθέσιμα. Η προτεινόμενη δομή υλοποιείται με την χρήση Τελεστικών Ενισχυτών Διαγωγιμότητας (Operational Transconductance Amplifiers - OTAs) ως ενεργά στοιχεία, λόγω της δυνατότητας ηλεκτρονική ρύθμισης των χαρακτηριστικών τους μέσω κατάλληλων ρευμάτων πόλωσης. Τα MOS τρανζίστορ που αποτελούν τα δομικά στοιχεία των OTAs λειτουργούν στην περιοχή της ασθενούς αναστροφής (περιοχή υποκατωφλίου), προκειμένου να επιτευχθεί χαμηλή κατανάλωση ισχύος και τάση τροφοδοσίας. Η απόδοση του προτεινόμενου συστήματος αξιολογείται μέσω αποτελεσμάτων προσομοίωσης που έχουν προκύψει, χρησιμοποιώντας το λογισμικό Cadence και το Design Kit που παρέχεται από την τεχνολογία Austria Mikro Systeme (AMS) CMOS 0.35\,\mu m. 2022-03-01T10:44:15Z 2022-03-01T10:44:15Z 2022-02-23 http://hdl.handle.net/10889/15879 en application/pdf
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Non-integer order filters
Fractional-order filters
Power-law filters
Tunable filters
Φίλτρα κλασματικής τάξης
Τελεστικοί ενισχυτές διαγωγιμότητας
spellingShingle Non-integer order filters
Fractional-order filters
Power-law filters
Tunable filters
Φίλτρα κλασματικής τάξης
Τελεστικοί ενισχυτές διαγωγιμότητας
Τσουβάλας, Ερρίκος
Electronically adjustable realizations of power-law filters
description This MSc Thesis deals with a new category of fractional-order filters, realized without employing a fractional-order Laplacian operator. In particular, the design of a generalized structure which is capable of implementing power-law filters derived from 1st and 2nd-order mother filter functions is presented. Different approximation tools have been evaluated in this work, for choosing the most efficient for approximating the behavior of power-law filters. After presenting and comparing the results of these methods and selecting the case with the the lowest error, the derived integer-order rational transfer functions, can be implemented using conventional filter design techniques. Thus, there is no need for fractional-order elements, which are not yet commercially available, to realize this class of filters. The proposed structure is realized using Operational Transconductance Amplifiers (OTAs) as active elements, because of the electronic tuning capability of their characteristics through appropriate dc bias currents. The MOS transistors of the OTAs were selected to operate in weak inversion region in order to achieve low power consumption and low supply voltage. The performance of the proposed system is evaluated through simulation results that have been derived, using the Cadence software and the Design Kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) CMOS 0.35\,\mu m technology process.
author2 Tsouvalas, Errikos
author_facet Tsouvalas, Errikos
Τσουβάλας, Ερρίκος
author Τσουβάλας, Ερρίκος
author_sort Τσουβάλας, Ερρίκος
title Electronically adjustable realizations of power-law filters
title_short Electronically adjustable realizations of power-law filters
title_full Electronically adjustable realizations of power-law filters
title_fullStr Electronically adjustable realizations of power-law filters
title_full_unstemmed Electronically adjustable realizations of power-law filters
title_sort electronically adjustable realizations of power-law filters
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/15879
work_keys_str_mv AT tsoubalaserrikos electronicallyadjustablerealizationsofpowerlawfilters
AT tsoubalaserrikos ēlektronikarythmizomenesylopoiēseisphiltrōnnomoudynamēs
_version_ 1771297209013239808