Implementation of fractional-order filters using curve-fitting based frequency response approximation techniques

The subject of this M.Sc. Thesis is the implementation of fractional-order filters using a curve-fitting based magnitude response approximation technique. This is an innovative method, where the frequency characteristics of the fractional filters, including order, type and cut-off frequency are full...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Νάκο, Τζούλια
Άλλοι συγγραφείς: Nako, Julia
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2023
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:https://hdl.handle.net/10889/24504
id nemertes-10889-24504
record_format dspace
spelling nemertes-10889-245042023-02-22T04:36:30Z Implementation of fractional-order filters using curve-fitting based frequency response approximation techniques Σχεδίαση φίλτρων κλασματικής τάξης με χρήση τεχνικών προσέγγισης της καμπύλης απόκρισης συχνότητας Νάκο, Τζούλια Nako, Julia Fractional calculus Fractional-order circuits Fractional-order elements Fractional-order filters CMOS integrated circuits Operational transconductance amplifiers Field-programmable analog arrays Κλασματικός λογισμός Κυκλώματα κλασματικής τάξης Στοιχεία κλασματικής τάξης Φίλτρα κλασματικής τάξης CMOS ολοκληρωμένα κυκλώματα Τελεστικοί ενισχυτές διαγωγιμότητας The subject of this M.Sc. Thesis is the implementation of fractional-order filters using a curve-fitting based magnitude response approximation technique. This is an innovative method, where the frequency characteristics of the fractional filters, including order, type and cut-off frequency are fully controlled by the designer. The first step of this study, is the employment of suitable commands of the MATLAB software, which lead to a rational integer-order transfer function, which approximates the magnitude response of the filter. These transfer functions are implemented in two different ways, where both of them offer versatile structures in the sense that they are capable of implementing several types of filters with various characteristics without altering the core of the structure. The electronically controlled implementation is realized by a 4th-order IFLF topology implemented by a OTA-C structure, which offers electronic tuning of the filters’ characteristics. The performance of the proposed structure is verified through post-layout simulations using Cadence and the Design Kit provided by the Austria Mikro Systems (AMS) 0.35µm CMOS technology process. The digitally controlled implementation is realized by a 4th-order FLF structure employing the Field-Programmable Analog Array (FPAA) AN231E04 device provided by Anadigm, which offers design flexibility and versatility. The obtained experimental results, also confirm the performance of the presented method. Το αντικείμενο της παρούσας Μεταπτυχιακής Διπλωματικής Εργασίας είναι η σχεδίαση φίλτρων κλασματικής τάξης χρησιμοποιώντας μια τεχνική προσέγγισης της καμπύλης απόκρισης μέτρου. Πρόκειται για μια καινοτόμο μέθοδο, όπου τα χαρακτηριστικά συχνότητας των κλασματικών φίλτρων, συμπεριλαμβάνοντας την τάξη, τον τύπο και την συχνότητα αποκοπή ελέγχονται πλήρως από τον σχεδιαστή. Το πρώτο βήμα της μελέτης αυτής, είναι η χρήση κατάλληλων εντολών του λογισμικού MATLAB, οι οποίες οδηγούν σε μια ρητή συνάρτηση μεταφοράς ακέραιας τάξης, που προσεγγίζει την απόκριση μέτρου του φίλτρου. Αυτές οι συναρτήσεις μεταφοράς υλοποιούνται με δύο διαφορετικούς τρόπους, όπου και οι δύο προσφέρουν ευέλικτες δομές κυκλωμάτων με την έννοια ότι είναι ικανές να υλοποιήσουν πολλούς τύπους φίλτρων με διάφορα χαρακτηριστικά χωρίς να τροποποιηθεί ο πυρήνας της δομής. Η ηλεκτρονικά ελεγχόμενη υλοποίηση πραγματοποιείται από μια τοπολογία IFLF 4ης τάξης που υλοποιείται από μια δομή OTA-C, η οποία προσφέρει ηλεκτρονικό συντονισμό των χαρακτηριστικών των φίλτρων. Η ορθή λειτουργία της προτεινόμενης σχεδίασης επαληθεύεται μέσω εξομοιώσεων μετά από σχεδιασμό σε επίπεδο layout, χρησιμοποιώντας το λογισμικό Cadence και Design Kit που προσφέρονται από την τεχνολογία AMS 0.35µm CMOS. Η ψηφιακά ελεγχόμενη υλοποίηση πραγματοποιείται από μια δομή FLF 4ης τάξης που χρησιμοποιεί τη συσκευή αναλογικής διάταξης με δυνατότητα προγραμματισμού (FPAA) AN231E04 που παρέχεται από την Anadigm, η οποία προσφέρει ευελιξία στον σχεδιασμό. Τα πειραματικά αποτελέσματα που λαμβάνουμε, επίσης επιβεβαιώνουν την απόδοση της μεθόδου που παρουσιάζεται. 2023-02-21T10:48:07Z 2023-02-21T10:48:07Z 2023-02-17 https://hdl.handle.net/10889/24504 en application/pdf
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Fractional calculus
Fractional-order circuits
Fractional-order elements
Fractional-order filters
CMOS integrated circuits
Operational transconductance amplifiers
Field-programmable analog arrays
Κλασματικός λογισμός
Κυκλώματα κλασματικής τάξης
Στοιχεία κλασματικής τάξης
Φίλτρα κλασματικής τάξης
CMOS ολοκληρωμένα κυκλώματα
Τελεστικοί ενισχυτές διαγωγιμότητας
spellingShingle Fractional calculus
Fractional-order circuits
Fractional-order elements
Fractional-order filters
CMOS integrated circuits
Operational transconductance amplifiers
Field-programmable analog arrays
Κλασματικός λογισμός
Κυκλώματα κλασματικής τάξης
Στοιχεία κλασματικής τάξης
Φίλτρα κλασματικής τάξης
CMOS ολοκληρωμένα κυκλώματα
Τελεστικοί ενισχυτές διαγωγιμότητας
Νάκο, Τζούλια
Implementation of fractional-order filters using curve-fitting based frequency response approximation techniques
description The subject of this M.Sc. Thesis is the implementation of fractional-order filters using a curve-fitting based magnitude response approximation technique. This is an innovative method, where the frequency characteristics of the fractional filters, including order, type and cut-off frequency are fully controlled by the designer. The first step of this study, is the employment of suitable commands of the MATLAB software, which lead to a rational integer-order transfer function, which approximates the magnitude response of the filter. These transfer functions are implemented in two different ways, where both of them offer versatile structures in the sense that they are capable of implementing several types of filters with various characteristics without altering the core of the structure. The electronically controlled implementation is realized by a 4th-order IFLF topology implemented by a OTA-C structure, which offers electronic tuning of the filters’ characteristics. The performance of the proposed structure is verified through post-layout simulations using Cadence and the Design Kit provided by the Austria Mikro Systems (AMS) 0.35µm CMOS technology process. The digitally controlled implementation is realized by a 4th-order FLF structure employing the Field-Programmable Analog Array (FPAA) AN231E04 device provided by Anadigm, which offers design flexibility and versatility. The obtained experimental results, also confirm the performance of the presented method.
author2 Nako, Julia
author_facet Nako, Julia
Νάκο, Τζούλια
author Νάκο, Τζούλια
author_sort Νάκο, Τζούλια
title Implementation of fractional-order filters using curve-fitting based frequency response approximation techniques
title_short Implementation of fractional-order filters using curve-fitting based frequency response approximation techniques
title_full Implementation of fractional-order filters using curve-fitting based frequency response approximation techniques
title_fullStr Implementation of fractional-order filters using curve-fitting based frequency response approximation techniques
title_full_unstemmed Implementation of fractional-order filters using curve-fitting based frequency response approximation techniques
title_sort implementation of fractional-order filters using curve-fitting based frequency response approximation techniques
publishDate 2023
url https://hdl.handle.net/10889/24504
work_keys_str_mv AT nakotzoulia implementationoffractionalorderfiltersusingcurvefittingbasedfrequencyresponseapproximationtechniques
AT nakotzoulia schediasēphiltrōnklasmatikēstaxēsmechrēsētechnikōnprosengisēstēskampylēsapokrisēssychnotētas
_version_ 1771297220463689728