Analog tümdevre tasarımına uygun MOS-C tabanlı yeni sinüzoidal osilatör ve süzgeç topolojileri
MOS-C based new sinusoidal oscillator and filter topologies suitable for analogue integrated circuit design
Yazar: HASAN ÇİÇEKLİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET GÖKÇEN
Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enformatik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Akım devreleri = Current curcuits ; MOS = MOS ; Sinüzoidal osilatör = Sinusoidal oscillator ; Tümdevre tasarımı = Integrated circuits design

Özet:
Elektronik ve haberleşme sistemlerinde analog süzgeç ve sinüzoidal osilatör devrelerinin çok geniş kullanım alanlarına sahip olmalarından dolayı bu devreler işaret işleme uygulamalarında vazgeçilmez önem taşırlar. Bu yüzden analog süzgeç ve sinüzoidal osilatörler ile ilgili yapılan çalışmalar her zaman ilgi görmüş olup son yıllarda yeni nesil aktif devre elemanı tabanlı olarak gerçekleştirilen çalışmaların sayısı günden güne artmış ve teknolojik gelişmelere bağlı olarak tümdevre tekniğine uyumlu olması önem kazanmıştır.
Bu tez çalışması devre sentezi ile yeni analog süzgeç ve sinüzoidal osilatör topolojileri oluşturma, bu topolojiler ile elde edilen devreleri tümdevre tekniğine uygun yapıda MOS-C olarak gerçekleştirme ve bu devrelerin PSpice simulasyon yazılımı ile başarım analizi kısımlarından oluşmaktadır. Devrelerin MOS-C olarak gerçeklenebilmesi ve elektronik olarak ayarlanabilmesi amacıyla pasif dirençlerin MOS transistörler ile gerçeklenme yöntemleri incelenmiş ve gerçeklenen dirençlerde doğrusal olmayan etkilerin giderilmesi ile ilgili tekniklerden yararlanılmıştır. Önerilen topolojilerde kullanılmış olan yeni nesil aktif devre elemanları tanıtılıp gerçeklenen devrelerin teorik analizi yapıldıktan sonra PSpice simulasyon yazılımı ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış, devrelerin çalışabilirliği doğrulanmış ve başarım düzeyleri gösterilmiştir. Bazı devrelerde, kullanılan aktif elemanın ideal olmayan durumlar için analiz çalışması gerçekleştirilmiştir. Tez çalışması ayrıca, önerilen bazı topolojilerde ticari olarak elde edilebilen tümdevrelerin makromodel parametreleri kullanılarak simulasyon yazılımı ile ve akım işlemsel kuvvetlendiricisi elemanının akım taşıyıcı tümdevreleriyle gerçekleştirilip bir süzgeç devresinde çalıştırılmasına yönelik bir deneysel çalışma ile desteklenmiştir. Akım taşıyıcı tabanlı devrelerde kompozit yapı kullanarak devrenin başarım düzeyinin nasıl geliştirilebileceği karşılaştırmalı çalışmalarla gösterilmiştir. Devre tasarımında genellikle aynı topoloji ile birden çok süzgeç türünü sağlayan çok fonksiyonlu süzgeç devreleri elde edilmiştir. Bu şekilde tasarlanan devrelerin daha az sayıda aktif ve pasif eleman çalıştırması, daha düşük maliyet ve daha düşük güç tüketimi gibi özelliklere sahip olmaları amaçlanmıştır. Ayrıca, süzgeçlerde kesim frekansı ve sinüzoidal osilatörlerde osilasyon frekansının devredeki pasif elemanlara göre duyarlılık analizleri yapılmıştır. Gerçeklenen osilatör devrelerinde osilasyon frekansının osilasyon koşulundan bağımsız ve elektronik olarak ayarlanabilir özellikte olmasına ve kuadatür sinüzoidal osilatörlerde faz hatasının olabildiğince düşük düzeyde kalmasına çalışılmıştır.

Abstract:
Since analogue filter and sinusoidal oscillator circuits have a wide range of applications in electronic and communication systems, these circuits are indispensable in signal processing applications. Therefore, studies on analogue filters and sinusoidal oscillators have always attracted attention, and in recent years, the number of studies based on new generation active circuit elements has increased day by day and it has become important to be compatible with the IC technique depending on technological developments.
This thesis consists of creating new analogue filter and sinusoidal oscillator topologies by circuit synthesis, realizing the circuits obtained with these topologies as MOS-C in accordance with the IC technique, and performance analysis of these circuits with PSpice simulation programme. In order to realize the circuits as MOS-C and electronically adjustable, the implementation methods of passive resistors with MOS transistors were examined and techniques related to eliminating nonlinear effects in the implemented resistors were used. After introducing the new generation active circuit elements used in the proposed topologies and performing the theoretical analysis of the implemented circuits, the results obtained with the PSpice simulation programme are compared, the operability of the circuits is verified and the performance levels are shown. In some circuits, analysis work has been carried out for non-ideal cases of the active element used. The thesis study is also supported by simulation programme using macromodel parameters of commercially available ICs in some proposed topologies, and an experimental study for the current operational amplifier element to be realized by current conveyor ICs and operated in a filter circuit. Comparative studies have shown how the performance level of the circuit can be improved by using composite structure in current conveyor based circuits. In circuit design, multi-functional filter circuits that provide more than one filter type with the same topology are generally obtained. It is aimed that the circuits designed in this way operate less number of active and passive elements, have features such as lower cost and lower power consumption. In addition, sensitivity analyzes of cutoff frequency in filters and oscillation frequency in sinusoidal oscillators to passive elements of the circuits were made. In the implemented oscillator circuits, it has been tried to ensure that the oscillation frequency is independent of the oscillation condition and can be adjusted electronically, and the phase error in quadature sinusoidal oscillators is kept as low as possible.