Uma metodologia de projeto de filtros Butterworth passa-baixa utilizando FDDTAs

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: PINTO, Paulo Marcos
• Orientador(a): FERREIRA, Luís Henrique de Carvalho
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétrica
• Departamento: IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Metodologia de filtro Butterworth passa-baixa e passa-alta; Inversão fraca; Amplificador de transcondutância diferencial de diferenças de saída diferencial; Circuitos e aplicações de ultrabaixa tensão e ultrabaixa potência
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2389

Este trabalho apresenta uma metodologia de projeto de filtros Butterworth passa-baixa de qualquer ordem, baseada no bloco de construção amplificador de transcondutância diferencial de diferenças de saída diferencial (FDDTA). É investigada, também, uma metodologia de projeto similar para o filtro Butterworth passa-alta utilizando o FDDTA. A princípio, são apresentadas a metodologia a ser seguida e as teorias de filtro Butterworth passa-baixa e passa-alta, incluindo as implementações do estado da arte de filtros Butterworth e possíveis limitações. Em seguida, o FDDTA é apresentado e sua operação é avaliada e, também, é investigada uma implementação prática usando dois amplificadores operacionais de transcondutância de saídas diferenciais (OTAs), baseados em inversores. Essa implementação específica do FDDTA se baseia em duas características principais: os transistores intrinsecamente casados que asseguram transcondutâncias e condutâncias de saída semelhantes para ambas as instâncias OTAs; e a abordagem baseada no inversor sem nós internos que reduz a complexidade do circuito e o consumo de potência, uma vez que não requer circuito de calibração externo suplementar, como corrente de cauda ou fontes de tensão de polarização. A seguir, a metodologia do filtro Butterworth passa-baixa, usando FDDTAs, é demonstrada, mostrando que a topologia proposta apresenta a fun- ção de transferência esperada de acordo com a teoria de filtros. Na sequência, também, é verificada a arquitetura do filtro Butterworth passa-alta, através da instância FDDTA, demonstrando sua possível viabilidade, implementação e limitações. A fim de demonstrar a funcionalidade da metodologia para o filtro Butterworth passa-baixa, é implementado um filtro de quinta ordem, em que tal topologia consiste em um estágio de entrada diferencial OTA baseado no inversor e cinco instâncias FDDTAs em conexão cascata, evidenciando que a topologia apresenta as características da teoria de filtro Butterworth passa-baixa. O protótipo, implementado em um processo CMOS de 130nm, opera na região de inversão fraca, sob tensão de alimentação de 0,25V e consome 603nW. Além disso, o filtro apresenta uma faixa dinâmica (DR) de 57dB em uma largura de banda de 100Hz e uma distorção harmônica total (THD) máxima de 54dB, cumprindo, portanto, especificações adequadas para aplicações de baixa frequência.