Design and investigation of resistor matrix for active analog RC filters
Abstract
Resistor matrixes are widely used in active RC filters as well as in self-tuning systems. Using self-tuning systems for active RC filters, it is possible to automatically tune various parameters of filter – cut-off frequency, gain and quality of filter. Most recent multiband transceivers employ higher order filters for fine bandpass filtering, thus number of passive components increases. In this work, a novel resistor matrix structure and design method is proposed. Proposed resistor matrix structure compensates both integrated circuit process variations and temperature change. Proposed resistor matrix is designed using 0.18 μm TSMC CMOS technology node and investigated using Cadence Virtuoso software. For most accurate comparison of different resistor matrices, all of them were designed in same technology node using design techniques described in other authors’ works.
Article in Lithuanian.
Integrinių analoginių filtrų perjungiamųjų rezistorių matricos projektavimas ir tyrimas
Santrauka
Integriniuose analoginiuose filtruose ir juos derinančiuose savaiminio derinimo grandinėse naudojamos perjungiamųjų rezistorių matricos, skirtos mažu žingsniu keisti filtrą sudarančias varžas, taip keičiant filtro parametrus: ribinį dažnį, stiprinimą, filtro kokybę. Šiuolaikiniuose daugiastandarčiuose siųstuvuose-imtuvuose naudojami aukštesniosios eilės žemųjų dažnių filtrai, kurie lemia didesnį pasyvių elementų naudojimo mastą. Darbe siūloma nauja integrinių aktyviųjų RC filtrų perjungiamųjų rezistorių matricos struktūra ir jos projektavimo metodika, leidžianti kompensuoti integrinių grandynų gamybos technologijos netolydumus ir temperatūros svyravimus. Pasiūlytas projektavimo metodas patikrintas naudojant 0,18 μm KMOP integrinių grandynų gamybos technologiją ir „Cadence Virtuoso“ programinę įrangą. Gauti siūlomos naujos perjungiamųjų rezistorių matricos struktūros skaičiavimų rezultatai palyginami su kitokių literatūroje pateiktų perjungiamųjų rezistorių matricų struktūrų parametrais. Suprojektuota perjungiamųjų rezistorių matrica turi kitų struktūrų privalumų – mažesnis užimamas integrinio lusto plotas, užtikrinant mažą varžos nustatymo neapibrėžtumą, bei aukštas varžos nustatymo tikslumas. Suprojektuotos perjungiamųjų rezistorių matricos skaičiavimai parodo, kad, naudojant aštuonias skiltis matricai valdyti, užtikrinamas 0,3 % varžos nustatymo neapibrėžtumas, ne daugiau nei 0,8 % varžos derinimo tikslumas, o užimamas integrinio grandyno plotas siekia iki 553 µm2.
Reikšminiai žodžiai: derinimo sistema, RC filtrai, KMOP, rezistorių matrica.
Keyword : tuning system, RC filter, CMOS, resistor matrix
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
References
Bao, K., Fan, X., & Wang, Z. (2013). A 0.18 µm-CMOS low-power reconfigurable low pass filter for multi-standard receivers. Paper presented at the 2013 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC 2013). https://doi.org/10.1109/ATC.2013.6698139
Chen, Z., & Dai, F. F. (2010). Effects of LO phase and amplitude imbalances and phase noise on M-QAM transceiver performance. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 57(5), 1505−1517. https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2042417
Du, D., Li, Y., Wang, Z., & Tan, S. (2006). An active-RC complex filter with mixed signal tuning system for low-IF receiver. Paper presented at the APCCAS 2006 − 2006 IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems. https://doi.org/10.1109/APCCAS.2006.342264
Heping, M., Fang, Y., Yin, S., & Dai, F. F. (2009). A multi-standard active-RC filter with accurate tuning system. Journal of Semiconductors, 30(9), 095011. https://doi.org/10.1088/1674-4926/30/9/095011
Hwang, J., Lee, M., Jeong, C., & Yoo, C. (2005). Active-RC channel selection filter tunable from 6kHz to 18MHz for softwaredefined radio. Paper presented at the 2005 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2005.1465707
Jiang, C., Xie, R., Li, W., Huang, Y., & Hong, Z. (2011). Reconfigurable low pass filter with Automatic Frequency Tuning for WCDMA and GSM application. Paper presented at the 2011 9th IEEE International Conference on ASIC. https://doi.org/10.1109/ASICON.2011.6157392
Jin, X., & Dai, F. F. (2012). A 6th order zero capacitor spread 1MHz – 10MHz tunable CMOS active-RC low pass filter with fast tuning scheme. Paper presented at the 2012 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2012.6271446
Khumsat, P., & Worapishet, A. (2012). A 0.5-V R-MOSFET-C filter design using subthreshold R-MOSFET resistors and otas with cross-forward common-mode cancellation technique. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 47(11), 2751–2762. https://doi.org/10.1109/JSSC.2012.2216708
Kiela, K., Jurgo, M., & Kladovščikov, L. (2016). Integrinių analoginių filtrų grandynų derinimosi sistemos projektavimas. Science ‒ Future of Lithuania [Mokslas ‒ Lietuvos ateitis], 8(3), 308–314. https://doi.org/10.3846/mla.2016.935
Kiela, K., Jurgo, M., & Navickas, R. (2017). Dual mode 4th order active-RC low-pass filter with tunable cut-off frequency from 3 MHz to 20 MHz in 65 nm CMOS. Przegląd elektrotechniczny, 1(1), 265–269. https://doi.org/10.15199/48.2017.01.64
Oshima, T., Maio, K., Hioe, W., Shibahara, Y., & Doi, T. (2003). Automatic tuning of RC filters and fast automatic gain control for CMOS low-IF transceiver. Paper presented at the Proceedings of the IEEE 2003 Custom Integrated Circuits Conference. https://doi.org/10.1109/CICC.2003.1249348
Oshima, T., Maio, K., Hioe, W., & Shibahara, Y. (2004). Novel automatic tuning method of RC filters using a digital-DLL technique. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 39(11), 2052– 2054. https://doi.org/10.1109/JSSC.2004.835824
Palumbo, G., & Pennisi, M. (2008). Design guidelines for highspeed Transmission-gate latches: analysis and comparison. Paper presented at the 2008 15th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems. https://doi.org/10.1109/ICECS.2008.4674812
Xia, B., Yan, S., & Sanchez-Sinencio, E. (2004). An RC time constant auto-tuning structure for high linearity continuous-time ΣΔ modulators and active filters. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 51(11), 2179−2188. https://doi.org/10.1109/TCSI.2004.836852