• filtraggio
• filtro Gm-C stabilizzato
• tecnologia BCD
• trattamento del segnale

L’operazione di filtraggio è una delle operazioni di maggiore importanza nel trattamento del segnale, al fine di eliminare da quest’ultimo le componenti inutili, e perciò indesiderate, e facilitare il recupero dell’informazione. Esistono diverse tecniche di filtraggio, che prevedono l’uso di due principali categorie di filtri: filtri tempo discreto e filtri tempo continuo. La prima categoria comprende sia i filtri digitali veri e propri che quelli a capacità commutate, i quali prevedono un campionamento del segnale nel tempo ma ne mantengono l’ampiezza continua e rientrano perciò nell’ambito dei circuiti analogici. I filtri tempo continuo non prevedono alcun campionamento del segnale e presentano quindi vantaggi, problematiche di realizzazione e spesso anche utilizzi del tutto diversi. In questa tesi verranno trattati elusivamente i filtri di tipo analogico integrabili.
Va detto anzitutto che i filtri a capacità commutate presentano il vantaggio di una maggiore precisione della funzione di trasferimento, i cui coefficienti risultano fissati da rapporti di capacità e dalla frequenza del segnale di campionamento, tutte quantità realizzabili con notevole precisione nell’ambito dei circuiti integrati. D’altra parte, come vedremo , le singolarità delle risposte in frequenza dei filtri tempo continuo sono determinate da rapporti di quantità disomogenee e quindi integrabili con minore precisione. Questo tipo di filtri necessita quindi di circuiti di regolazione per fissare e stabilizzare la risposta in frequenza rispetto alle possibili variazioni (dovute soprattutto ai cambiamenti della temperatura). Nonostante questo, i filtri tempo continuo risultano indispensabili in alcune applicazioni, quali le operazioni di filtraggio antialiasing, necessarie prima di ogni campionamento del segnale, e di ricostruzione dei segnali in uscita dai circuiti tempo discreto. Inoltre spesso questo tipo di filtri presenta il vantaggio di una minore complessità circuitale e dissipazione di potenza rispetto alla controparte a condensatori commutati. Non va infine dimenticato che i filtri a capacità commutate, operando un campionamento del segnale di ingresso, devono lavorare ad una frequenza minima legata alla banda del segnale stesso e, in molte applicazioni ad alta frequenza, questa specifica non può essere rispettata. In queste applicazioni i filtri tempo continuo, i quali non risentono di queste limitazioni, rappresentano la soluzione ideale. Da queste brevi note emerge quindi il
motivo dell’interesse suscitato dalle varie tipologie di filtri tempo continuo in generale e da quelle più recenti, come i filtri Gm-C, in particolare. Questi ultimi presentano delle caratteristiche interessanti,che saranno evidenziate nel corso di questa tesi.
Nel primo capitolo saranno passati in rassegna gli schemi più comuni di filtri a capacità commutate di primo e secondo ordine, partendo dall’esposizione dei principi di funzionamento generali e passando poi all’analisi dei singoli schemi. Quindi verranno introdotti i filtri tempo continuo, suddivisi per tipologie in filtri MOSFET-C e filtri Gm-C. Per ciascuna tipologia saranno analizzate le soluzioni più diffuse di filtri di primo e secondo ordine. Infine verranno esposte le principali tecniche di regolazione della risposta in frequenza, facendo particolare riferimento ai filtri Gm-C.
Nel secondo capitolo saranno trattati i blocchi base per la realizzazione dei filtri Gm-C, ossia i transconduttori. Verranno analizzate le principali realizzazioni in tecnologia bipolare e CMOS, di cui metteremo in evidenza alcuni vantaggi e limiti.
Nel terzo capitolo verrà analizzato con particolare attenzione il transconduttore, che sarà poi utilizzato per la sintesi di un filtro Gm-C del secondo ordine. Verranno indicati i criteri che hanno portato alla scelta di questa particolare topologia e verranno illustrate le modifiche apportate allo schema di partenza per adattarlo allo scopo, specificando e motivando la scelta delle dimensioni dei componenti. Saranno infine riportate alcune simulazioni effettuate sul circuito al fine di caratterizzarne il comportamento.
Nell’ultimo capitolo verrà descritto il filtro passa basso del secondo ordine realizzato in questo lavoro di tesi. Sarà poi introdotto il circuito per la regolazione della risposta in frequenza del filtro. Verrà infine mostrata, riportando alcuni risultati delle simulazioni effettuate, l’efficacia di quest’ultimo circuito nella stabilizzazione della risposta rispetto alle variazioni di temperatura e la possibilità di utilizzarlo per ottenere un filtro a frequenza variabile.