Entwurf aktiver zeitkontinuierlicher Filter in BICMOS-Technologie

Diplomarbeit von Matthias Hartung

Einleitung:

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Entwurf von aktiven, zeitkontinuierlichen Filtern in BiCMOS-Technologie.

Nach der theoretischen Betrachtung des Filterentwurfs ist ein Bandpass-Referenzfilter für die Datenkommunikation zu entwerfen und anschließend in eine aktive Struktur, basierend auf linearisierten Transkonduktanzen (Gm-C), umzusetzen.

Ein Filter 2. Ordnung mit einer Mittenfrequenz von 1,5 MHz und einer Bandbreite von 150 kHz soll den Ansprüchen an die Selektion und an das Signal-Rausch-Verhältnis genügen.

Inhaltsverzeichnis:

1.	Einleitung	10
1.1	Zielstellung	10
1.2	Der Begriff des Filters / Filtersynthese	10
1.3	Einteilungs- und Realisierungsmöglichkeiten	11
2.	Einige theoretische Grundlagen	14
2.1	Normierung / Entnormierung	14
2.2	Übertragungsfunktion	17
2.3	Bodediagramm	22
2.4	Pole, Nullstellen, PN-Schema	24
2.4.1	Allgemeines	24
2.4.2	Bedeutung der Lage von Pol- und Nullstellen	26
2.5	Realisierbarkeits- und Stabilitätskriterien	30
2.6	Filterentwurf - allgemein	31
2.6.1	Entwurf passiver Filter (RLC)	31
2.6.1.1	Dämpfungstoleranzschema	31
2.6.1.2	Tiefpaßentwurf	33
2.6.1.3	Bandpaßentwurf	36
2.6.1.3.1	Tiefpaß-Bandpaß-Transformation	36
2.6.1.3.2	Seriell-Parallel-Wandlung	37
2.6.2	Realisierung aktiver Filterstrukturen	38
2.6.2.1	Die Referenzfiltermethode	38
2.6.2.2	Der Gyrator / Transkonduktanzen	38
2.6.2.2.1	Wirkungsweise und prinzipieller Aufbau des Gyrators	38
2.6.2.2.2	Simulation von Induktivitäten	40
2.6.2.2.3	Prinzip des Steilheitsverstärkers (Transkonduktanz)	42
3.	Filtersynthese	44
3.1	Das RLC-Referenzfilter	44
3.2	Das RC-Gyrator-Filter	45
3.3	Das Transkonduktanz-C-Filter	46
3.3.1	Filterstruktur	46
3.3.2	Der Transkonduktanzverstärker	49
3.3.2.1	Prinzip	49
3.3.2.2	Linearisierung	51
3.3.2.3	Negative Impedance Converter (NIC)	54
3.3.2.4	Biasing	56
3.3.2.5	Die komplette Schaltung	58
3.3.2.5.1	Baugruppen	58
3.3.2.5.2	Simulation	59
3.3.3	Simulation des Bandpaßfilters	64
3.3.3.1	Verwendung von idealen BIAS-Quellen	64
3.3.3.2	Simulation mit realen BIAS-Quellen	66
4.	Schlußbemerkungen / Fazit	70