Diseño de un filtro de condensadores conmutados

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DISEÑO DE UN FILTRO DE CONDENSADORES CONMUTADOS
Daniel Bernal Yhamá Cód. 2040499
Se presenta en este trabajo el diseño de un filtro pasa bajos de segundo orden, utilizando dos integradores y de condensadores conmutados con frecuencia de corte de 3khz y con respuesta máximamente plana.

I. INTRODUCCION

La teoría de los filtros es una de las áreas más importantes y más usada en Electrónicadesde los orígenes, esto se debe a la necesidad de poder controlar y limitar las señales eléctricas en el dominio de la frecuencia, para que un sistema responda de diferente manera para señales de una frecuencia o de otra.
Debido a las características de los OP-AMP, estos se utilizan mucho en el diseño de filtros activos. Actualmente una de las áreas de investigación más importante es la de eldiseño de filtros activos que debido a que poseen características muy especiales para un gran número de aplicaciones, en este caso se tratara el diseño de un filtro activo por medio del uso de dos integradores y garantizando una respuesta máximamente plana.
Una de las principales limitaciones tecnológicas para lograr filtros activos monolíticos reside en la dificultad para integrar capacitores de unvalor muy preciso. Sí es posible, en cambio, integrar pares de capacitores con una relación de capacidades muy precisa. Podría lograrse un integrador monolítico de precisión si pudiera reemplazarse la resistencia de un integrador por alguna estructura basada en un capacitor. Esta es la idea que da origen a los filtros de capacitores conmutados. Los cuales se plantean para implementar lasresistencias del circuito del presente diseño esto además con la finalidad de garantizar la optimización de tamaño a la hora de la fabricación a nivel de IC, adicionalmente permitir realizar cambios en la respuesta del filtro de forma más rápida sin tener que realizar cambios físicos en el circuito.

II. CARACTERISTICAS DEL DISEÑO

* Parámetros del proceso 0.5μm
* Filtro pasa bajas.
* Frecuenciade corte 3khz.
* Respuesta Máximamente Plana.
* Filtro de segundo orden conformado por dos integradores.
* Resistencias modeladas usando Condensadores conmutados.
* El sistema de conmutación debe estar conformado por la compuerta de transmisión CMOS Fig. 10.29 [1].

III. DESCRIPCION GENERAL
El filtro seleccionado para cumplir con las características planteadas anteriormente fue elfiltro Bicuadrático Tow-Thomas el cual es un circuito conformado por 3 Opamps (dos integradores y un sumador), su diseño parte del filtro bicuadratico Kerwin-Huelsman-Newcomb o bicuadratico KHN, el cual realiza las funciones de paso bajo, paso alto y paso banda, mientras que el Thomas realiza las funciones de paso banda y paso bajo únicamente. Estos dos tipos de filtros son aceptados en lapráctica y son muy utilizados, debido a las condiciones de diseño no se considera pertinente diseñar el filtro KHN pues el objeto de este proyecto es diseñar un circuito pasa bajas aspecto con el cual el filtro Bicuadratico Tow Thomas cumple sin inconvenientes.
A continuación se presenta el diagrama del filtro general a diseñar:

Figura 1. Bicuadratico Tow-Thomas Diagrama General.
Como puede observarseel circuito se encuentra conformado por dos filtros integradores en cascada y un seguidor de tensión encargado de realizar la suma y retroalimentar el circuito, este diseño es el modelo general y matemáticamente su función de transferencia o TF está dada por:

VoVi=S2C1C+S*1C1R1-rRR3+1C2RR2S2+S*1QCR+1C2R2
Ecuación 1

Como el objeto de este trabajo es el diseño de un filtro pasa bajas de Segundoorden se realizan varias consideraciones en la función de transferencia para cumplir con este modelo las cuales se presentan a continuación.

C1=0,R1=∞, R2=RGanancia en DC, R3=∞
Ecuación 2

De lo cual queda:

VoVi=1C2RR2S2+s*1QCR+1C2R2
Ecuación 3
Donde RR2 representa la ganancia en DC del circuito.
En la [ Figura 2 ] se puede observar el circuito resultante propuesto a diseñar donde se han...
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