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Archivio digitale delle tesi discusse presso l'Università di Pisa

 

Tesi etd-04062005-102844


Tipo di tesi
Tesi di laurea specialistica
Autore
Sebastiano, Fabio
Indirizzo email
seba@sssup.it
URN
etd-04062005-102844
Titolo
Progetto di un filtro Gm-C a larga dinamica in tecnologia CMOS
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA ELETTRONICA
Commissione
relatore Prof. Bruschi, Paolo
relatore Ing. Pieri, Francesco
Parole chiave
  • stabilizzazione termica
  • condizionamento del segnale
  • transconduttore
  • transconduttanza
  • filtri Gm-C
  • filtri tempo-continui
Data inizio appello
26/04/2005;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
Attualmente l'elaborazione dell'informazione è condotta in prevalenza per via digitale e si tende a minimizzare la presenza di circuiti puramente analogici. Esistono però alcune applicazioni in cui l'approccio analogico è saldamente affermato sia a causa delle prestazioni richieste al circuito (velocità, potenza dissipata, area) non raggiungibili da un sistema digitale, sia per le caratteristiche intrinseche della funzione da realizzare, come nel caso dei convertitori AD e DA. Inoltre un sistema di qualsiasi tipo presenta la necessità di interfacciarsi con il mondo esterno attraverso sistemi di trasmissione, memorie di massa, sensori e attuatori. La possibilità di comunicare con l'esterno attraverso queste interfacce è garantita dalla presenza di un "guscio" analogico che rende disponibili le
funzionalità necessarie.
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Nel campo della sensoristica, soprattutto per le applicazioni di tipo biomedicale, riveste notevole interesse la possibilità
di integrare filtri a frequenza estremamente bassa nel range 0.01 - 100 Hz.
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In questo lavoro è proposta una soluzione per la completa integrazione di un filtro passa-basso del secondo ordine in tecnologia CMOS attraverso l'approccio dei filtri Gm-C. Utilizzando capacità integrabili in un'area non eccessiva su silicio e quindi dell'ordine di 10 pF, occorrono Gm dell'ordine del nS o inferiori.
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Per ottenere filtri Gm-C a frequenza stremamente bassa è allora richiesto un transconduttore caratterizzato da una transconduttanza molto bassa. Inoltre il filtro deve presentare una dinamica dei segnali trattati appropriata
all'applicazione. Queste specifiche incidono direttamente sulle caratteristiche richieste al transconduttore, che deve mostrare dinamiche di modo comune e differenziale adeguate.
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Tutto ciò ha portato all'ideazione e allo sviluppo di una nuova topologia circuitale di un transconduttore con Gm variabile nell'intervallo 500 pS - 5 nS, che può essere utilizzato nel trattamento di segnali a
bassa frequenza.
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In particolare, le specifiche del filtro da sviluppare sono state dettate da una particolare applicazione: era richiesto un filtro passa-basso con banda di 10 Hz per il condizionamento del segnale proveniente da un sensore di portata integrato. In questa tesi è stato quindi progettato tale filtro, con particolare attenzione al transconduttore che ne costituisce il nucleo fondamentale e realizzando anche un sistema che permette la stabilizzazione delle caratteristiche del filtro rispetto alla temperatura e alle variazioni dei parametri dei componenti dovute agli errori di fabbricazione.
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Il filtro risultante ha una frequenza di taglio che può variare da 1.5 Hz a 15 Hz e risulta stabilizzato in un ampio range di temperature (-40 - 85 °C). Il range dinamico del filtro risulta maggiore di 50 dB.
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