Implementation of fractional-order transfer functions using only capacitors

Resistorless fractional-order filters can be implemented using active elements with behavior described by the transconductance parameter (gm), but this solution has the obstacle that is valid only under small-signal operation conditions. The aim of this M.Sc. Thesis is to demonstrate a novel concept...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Πατρινός, Δημήτριος
Άλλοι συγγραφείς: Patrinos, Dimitrios
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2023
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:https://hdl.handle.net/10889/24517
id nemertes-10889-24517
record_format dspace
spelling nemertes-10889-245172023-02-23T04:35:18Z Implementation of fractional-order transfer functions using only capacitors Υλοποίηση συναρτήσεων μεταφοράς κλασματικής τάξης με χρήση μόνο πυκνωτών Πατρινός, Δημήτριος Patrinos, Dimitrios Fractional calculus Fractional-order circuits Resistorless filters CMOS analog integrated circuits Κλασματικός λογισμός Κυκλώματα κλασματικής τάξης Φίλτρα χωρίς αντιστάσεις CMOS ολοκληρωμένα κυκλώματα Κλασματικός λογισμός Resistorless fractional-order filters can be implemented using active elements with behavior described by the transconductance parameter (gm), but this solution has the obstacle that is valid only under small-signal operation conditions. The aim of this M.Sc. Thesis is to demonstrate a novel concept for the implementation of resistorless fractional-order basic filters. This can be achieved because the impedance of a fractional-order capacitor is determined by both a “resistive” and a “capacitive” part. First of all a theoretical approach of fractional-order basic filter transfer functions is presented. In addition design examples of resistorless fractional-order filters, which are implemented with different active elements, is performed in this work. Some of these filter topologies have been experimentally tested using a CFOA as active element and a real fractional-order capacitor. Furthermore a CFOA circuit is introduced not only as schematic design but also as layout design, which have been used in order to simulate the aforementioned filter structures. The performance of the proposed filter topologies is verified through simulation results that have been extracted using Cadence and the Design kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) 0.35μm CMOS technology process. Υλοποίηση φίλτρων κλασματικής τάξης τα οποία δεν περιέχουν αντιστάσεις μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας ενεργά στοιχεία η συμπεριφορά των οποίων περιγράφεται από το φυσικό μέγεθος της διαγωγιμότητας (gm). Ωστόσο αυτός ο τρόπος υλοποίησης έχει το μειονέκτημα ότι μπορεί να εφαρμοστεί μόνο σε συνθήκες μικρού σήματος. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιάσει μια καινοτόμο ιδέα για την υλοποίηση κυκλωμάτων κλασματικής τάξης χωρίς αντιστάσεις. Αυτή η ιδέα μπορεί να επιτευχθεί καθώς η εμπέδηση ενός κλασματικού πυκνωτή αναλύεται σε δύο συνιστώσες μία που βρίσκεται στο πραγματικό άξονα του μιγαδικού επιπέδου και παίζει το ρόλο αντίστασης και μια που βρίσκεται στο φανταστικό άξονα και παίζει ρόλο χωρητικότητας. Αρχικά δίνεται μια θεωρητική προσέγγιση βασικών συναρτήσεων μεταφοράς κλασματικής τάξης. Στη συνέχεια παρουσιάζονται παραδείγματα σχεδίασης κλασματικών φίλτρων χωρίς αντιστάσεις κάνοντας χρήση διαφόρων ενεργών στοιχείων. Σε κάποια από αυτά τα φίλτρα έγιναν πειραματικές μετρήσεις για την αξιολόγηση της λειτουργίας τους χρησιμοποιώντας έναν CFOA και έναν πραγματικό κλασματικό πυκνωτή. Ακόμα παρουσιάζεται το κύκλωμα του CFOA σε επίπεδο σχηματικό και layout που χρησι- μοποιήθηκε ώστε να εξομοιωθούν τα προαναφερθέντα φίλτρα. Η απόδοση των προτεινόμενων τοπολογιών φίλτρων αξιολογήθηκε με τη βοήθεια του λογισμικού Cadence και του Design Kit που παρέχεται από την τεχνολογία Austria Mikro Systeme (AMS) CMOS 0.35μm. 2023-02-22T09:32:31Z 2023-02-22T09:32:31Z 2023-02-17 https://hdl.handle.net/10889/24517 en application/pdf
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Fractional calculus
Fractional-order circuits
Resistorless filters
CMOS analog integrated circuits
Κλασματικός λογισμός
Κυκλώματα κλασματικής τάξης
Φίλτρα χωρίς αντιστάσεις
CMOS ολοκληρωμένα κυκλώματα
Κλασματικός λογισμός
spellingShingle Fractional calculus
Fractional-order circuits
Resistorless filters
CMOS analog integrated circuits
Κλασματικός λογισμός
Κυκλώματα κλασματικής τάξης
Φίλτρα χωρίς αντιστάσεις
CMOS ολοκληρωμένα κυκλώματα
Κλασματικός λογισμός
Πατρινός, Δημήτριος
Implementation of fractional-order transfer functions using only capacitors
description Resistorless fractional-order filters can be implemented using active elements with behavior described by the transconductance parameter (gm), but this solution has the obstacle that is valid only under small-signal operation conditions. The aim of this M.Sc. Thesis is to demonstrate a novel concept for the implementation of resistorless fractional-order basic filters. This can be achieved because the impedance of a fractional-order capacitor is determined by both a “resistive” and a “capacitive” part. First of all a theoretical approach of fractional-order basic filter transfer functions is presented. In addition design examples of resistorless fractional-order filters, which are implemented with different active elements, is performed in this work. Some of these filter topologies have been experimentally tested using a CFOA as active element and a real fractional-order capacitor. Furthermore a CFOA circuit is introduced not only as schematic design but also as layout design, which have been used in order to simulate the aforementioned filter structures. The performance of the proposed filter topologies is verified through simulation results that have been extracted using Cadence and the Design kit provided by the Austria Mikro Systeme (AMS) 0.35μm CMOS technology process.
author2 Patrinos, Dimitrios
author_facet Patrinos, Dimitrios
Πατρινός, Δημήτριος
author Πατρινός, Δημήτριος
author_sort Πατρινός, Δημήτριος
title Implementation of fractional-order transfer functions using only capacitors
title_short Implementation of fractional-order transfer functions using only capacitors
title_full Implementation of fractional-order transfer functions using only capacitors
title_fullStr Implementation of fractional-order transfer functions using only capacitors
title_full_unstemmed Implementation of fractional-order transfer functions using only capacitors
title_sort implementation of fractional-order transfer functions using only capacitors
publishDate 2023
url https://hdl.handle.net/10889/24517
work_keys_str_mv AT patrinosdēmētrios implementationoffractionalordertransferfunctionsusingonlycapacitors
AT patrinosdēmētrios ylopoiēsēsynartēseōnmetaphorasklasmatikēstaxēsmechrēsēmonopyknōtōn
_version_ 1771297170185519104