Giải pháp bù nhiệt cho bộ lọc Gm-C công nghệ CMOS có thể điều hưởng ứng dụng trong SDR

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> GIẢI PHÁP BÙ NHIỆT CHO BỘ LỌC Gm-C CÔNG NGHỆ CMOS<br /> CÓ THỂ ĐIỀU HƯỞNG ỨNG DỤNG TRONG SDR<br /> Lưu Thị Thu Hồng, Vũ Lê Hà*, Lê Kỳ Biên<br /> Tóm tắt: Bài báo trình bày một giải pháp bù sai số tần số trung tâm cho bộ lọc<br /> trung tần 10,7MHz kiểu Gm-C công nghệ CMOS 0,35µm do ảnh hưởng bởi nhiệt độ<br /> làm việc. Giải pháp sử dụng thuật toán xử lý tín hiệu số để ước lượng tần số trung<br /> tâm bộ lọc, sau đó điều chỉnh thiên áp cho bộ lọc Gm-C có thể tái điều hưởng, cho<br /> phép giảm độ sai lệch tần số trung tâm xuống dưới 0,1% khi nhiệt độ thay đổi từ -<br /> 40oC đến 85oC. Giải pháp được ứng dụng hiệu quả trong các hệ thống vô tuyến<br /> định dạng mềm (software-defined radio - SDR).<br /> Từ khóa: Bù nhiệt, bộ lọc có thể điều hưởng, CMOS, Gm-C, SDR.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Bộ lọc trung tần là một khối chức năng quan trọng trong kiến trúc máy thông tin liên<br /> lạc vô tuyến. Tần số trung tần phổ biến hiện nay là 10,7MHz. Công nghệ thông dụng cho<br /> thiết kế bộ lọc này là CMOS. Trên công nghệ CMOS các kiểu bộ lọc Gm-C ngày càng trở<br /> nên phổ biến do thiết kế đơn giản, dễ hiệu chỉnh. Bộ lọc Gm-C dựa trên khối cơ bản là bộ<br /> khuếch đại hỗ dẫn thuật toán (Operational Transconductance Amplifier) có hỗ dẫn là Gm.<br /> Các tham số của bộ lọc như tần số trung tâm, độ chọn lọc,… có thể dễ dàng điều chỉnh<br /> thông qua điều chỉnh Gm.<br /> CMOS là một trong những công nghệ chủ yếu trong chế tạo các mạch tích hợp. Bên<br /> cạnh những ưu điểm, thì một trong những nhược điểm mà người thiết kế cần phải giải<br /> quyết khi sử dụng công nghệ này là sự ảnh hưởng của nhiệt độ làm việc đến các tham số<br /> thiết kế. Trong đó một trong những tham số bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ là tần số<br /> trung tâm bộ lọc fc. Tần số này phụ thuộc vào các giá trị Gm của các bộ khuếch đại OTA và<br /> giá trị điện dung của các tụ điện trong cấu trúc bộ lọc. Trong môi trường làm việc khi nhiệt<br /> độ thay đổi, hàng loạt các tham số đặc trưng quyết định điểm làm việc của các bóng<br /> MOSFET (linh kiện tích cực chính trong cấu trúc bộ OTA) như điện áp ngưỡng Vth, độ<br /> linh động điện tích µn, cũng như giá trị các linh kiện thụ động khác như điện trở, tụ<br /> điện,…bị thay đổi giá trị so với giá trị chuẩn tại điều kiện nhiệt độ chuẩn (thường lấy bằng<br /> 25oC). Các tham số này bị thay đổi giá trị, dẫn tới fc cũng bị thay đổi. Để làm ổn định giá<br /> trị thiết kế danh định của tham số này, các giải pháp bù nhiệt khác nhau được thực hiện.<br /> Trong [9] sử dụng kỹ thuật mạch phản hồi âm để làm ổn định Gm bộ OTA. Mạch tạo dòng<br /> thiên áp được sử dụng trong [4]. Trong [1], một mạng điện trở được sử dụng để tạo phản<br /> hồi âm điều chỉnh Gm, làm giảm mức độ thay đổi Gm xuống 0,66% khi nhiệt độ thay đổi từ<br /> -40oC đến 120oC. Một bộ tạo điện áp phụ thuộc nhiệt độ được sử dụng trong [6] để điều<br /> khiển dòng đuôi (tail current) cho các bộ OTA, đạt được sự thay đổi đặc tính tần số nhỏ<br /> hơn 6% khi nhiệt độ thay đổi từ 25oC đến 125oC. Các giải pháp trên cần các cấu trúc mạch<br /> điện on-chip để thực hiện chức năng bù nhiệt. Hiển nhiên độ phức tạp thiết kế cũng như<br /> dòng tiêu thụ tổng cộng và kích thước dice cũng tăng lên. Đồng thời, bản thân các mạch tự<br /> động điều chỉnh này cũng bị tác động bởi tham số nhiệt độ, dẫn tới mức độ hiệu chỉnh<br /> không đạt được tuyệt đối như tính toán tại thời điểm thiết kế.<br /> Theo xu hướng phát triển, các hệ thống thông tin liên lạc trên nền tảng công nghệ SDR<br /> đang ngày càng chiếm ưu thế so với cấu trúc phần cứng cố định truyền thống. Trong các<br /> kiến trúc SDR, thuật toán phần mềm được thực thi ở phần xử lý tín hiệu số. Đồng thời các<br /> khối chức năng ở phần điện tử tương tự nói chung hay bộ lọc Gm-C nói riêng cần phải có<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 42, 04 - 2016 87<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> tính năng tái điều hưởng, cho phép thuật toán phần mềm thực hiện các chức năng điều<br /> khiển và tái cấu hình, cũng như hiệu chỉnh bù tham số trong quá trình làm việc. Các bộ lọc<br /> Gm-C có thể điều hưởng như trong [2][3][5][7] cho phép mở rộng dải thông bộ lọc trong<br /> các chế độ hoạt động khác nhau. Theo hiểu biết của nhóm tác giả, chưa thấy có các công<br /> bố về giải pháp điều khiển số để thực hiện chức năng bù nhiệt cho bộ lọc trung tần kiểu<br /> Gm-C ứng dụng trong các hệ thống SDR. Đây là mục tiêu nghiên cứu của bài báo.<br /> Cấu trúc các phần tiếp theo của bài báo như sau: phần 2 trình bày sự ảnh hưởng của<br /> nhiệt độ đến tham số của bộ lọc Gm-C. Phần 3 đề xuất giải pháp bù nhiệt cho bộ lọc. Phần<br /> 4 là kết quả mô phỏng. Kết luận được trình bày trong phần 5.<br /> 2. BỘ LỌC DẢI THÔNG Gm-C VÀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ<br /> Bộ lọc Gm-C gồm hai thành phần chính là các bộ OTA có hệ số khuếch đại hỗ dẫn Gm<br /> và các tụ điện C. Cấu trúc của một bộ lọc bậc hai như trong Hình 1. Tần số trung tâm của<br /> bộ lọc được tính theo:<br /> f c  Gm 2 / (2 C1C2 ) (1)<br /> <br /> Trong cấu trúc<br /> mạch này, Gm1 có vai<br /> trò quyết định hệ số<br /> khuếch đại của bộ lọc.<br /> Gm2 quyết định tần số<br /> làm việc và hệ số<br /> phẩm chất của bộ lọc.<br /> Gm1 và Gm2 được xây<br /> dựng từ các bộ OTA<br /> đơn nên được tính:<br /> Hình 1. Cấu trúc của bộ lọc Gm-C bậc hai.<br /> Gm1  2* g mOTA1 , và Gm 2  2* g mOTA2 với g mOTA1 , g mOTA 2 lần lượt là hỗ dẫn của các OTA<br /> đơn tạo nên chúng. Do đó muốn điều khiển giá trị của Gm1 và Gm2 thì thực chất là đi điều<br /> khiển giá trị hỗ dẫn của các OTA.<br /> Bộ OTA đơn được thiết kế như trong Hình 2 có hỗ dẫn được tính<br /> theo: GmOTA  K * g m1,2 với K  W / L 4 / W / L 41  W / L 5 / W / L 51 . Trong thiết<br /> kế này, OTA2 có K=2. Nên Gm 2  4* g m1,2 . Hỗ dẫn của các bóng M1, M2 là:<br /> <br /> g m1,2  nCox W / L 1,2 ITAIL trong đó n , Cox , W / L 1,2 tương ứng là độ linh động<br /> của các hạt mang điện tích, điện dung lớp oxide trên một đơn vị diện tích tại cực cổng, và<br /> tỉ số độ rộng/độ dài bóng MOSFET. ITAIL là dòng đuôi thiết lập bởi bóng M6, được xác<br /> định theo (2):<br /> 1 2<br /> ITAIL  nCox W / L 6 VGS  VT  (2)<br /> 2<br /> trong đó, VGS và VT là điện áp cực cổng-nguồn và điện áp ngưỡng của bóng M6. Dưới tác<br /> động của nhiệt độ, các tham số công nghệ bị thay đổi giá trị. Hệ số  n được tính theo<br /> <br /> n (T )  n 0 T / T0  trong đó số mũ    1.421 với công nghệ chế tạo XH035.<br /> <br /> <br /> <br /> 88 L.T.T. Hồng, V.L. Hà, L.K. Biên, “Giải pháp bù nhiệt cho bộ lọc… ứng dụng trong SDR.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> ITAIL<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ nguyên lý của bộ OTA đơn.<br /> Điện áp ngưỡng VT cũng là tham số phụ thuộc nhiệt độ, được xác định bởi:<br /> VT (T )  VT0   v T  T0  trong đó  v là một hằng số âm có giá trị bằng -0.9mV/oC. Như<br /> vậy, dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, ITAIL(T) và Gm2(T) được tính theo:<br /> 1  2<br /> ITAIL (T )  n 0 (T / T0 )  Cox W / L 6 VGS  VT0   v T  T0   (3)<br /> 2<br /> <br /> Gm 2 (T )  2* 2 *  n 0 T / T0   Cox W / L 1,2 ITAIL (T ) (4)<br /> <br /> Từ biểu thức (1), (3) và (4), tần số f 0 phụ thuộc vào nhiệt độ theo biểu thức:<br /> <br />  1 2<br /> 2  n 0 (T / T0 )  Cox W / L 1,2 W / L 6 VGS  VT0   v T  T0 <br /> f0  2 (5)<br />  C1C2<br /> Để bù sự thay đổi Gm của OTA khi nhiệt độ thay đổi, cần thay đổi dòng đuôi của OTA:<br />   1 2 <br /> I 'TAIL  ITAIL 0 T / T0  <br /> 2<br /> <br /> n 0Cox W / L 6 VGS 0  VT0  T / T <br /> 0 (6)<br /> <br /> Từ (5) và (6) rút ra thiên áp cần đặt vào bóng M6 ở nhiệt độ T được tính bởi:<br />  <br /> VGS (T )  VGS 0  VT 0 T / T0   VT0   v T  T0  (7)<br /> Như vậy: khi nhiệt độ thay đổi so với nhiệt độ tiêu chuẩn (25oC), để giữ ổn định tần số<br /> trung tâm, cần giữ ổn định điểm làm việc của các bóng MOSFET như tính toán. Điều này<br /> có thể được thực hiện bằng cách xác định điện áp VbiasT=VGS(T) phù hợp để tạo dòng đuôi<br /> cho bộ lọc.<br /> Bộ lọc Gm-C được thiết kế sử dụng công nghệ CMOS 0,35µm của X-Fab. Kích thước<br /> (W/L) các bóng MOSFET của OTA là: M1,M2,M51,M5: 8,75/0,35µm;<br /> M3,M6,M31,M41,M4: 17,5/0,35µm.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 42, 04 - 2016 89<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> 3. GIẢI PHÁP SỐ BÙ NHIỆT CHO BỘ LỌC Gm-C<br /> Giải pháp số bù nhiệt cho bộ lọc Gm-C được mô tả như Hình 3. Khối Digital sử dụng<br /> FPGA để tạo tín hiệu đầu vào bộ lọc bằng bộ tổ hợp tần số số trực tiếp (Direct Digital<br /> Synthesizer - DDS) và sử dụng bộ Biến đổi Fourier nhanh (FFT) để đo năng lượng tín hiệu<br /> đầu ra bộ lọc. Giá trị Vbias hiệu chỉnh phù hợp sẽ được tính toán ở khối “Hiệu chỉnh Vbias”.<br /> 3.1. Khối xử lý số<br /> Bộ DDS: Bộ tổ hợp tần số theo nguyên lý DDS tạo ra các dao động hình sin sử dụng<br /> bảng tra cứu [8]. Một bộ tích phân số được sử dụng để tích lũy giá trị pha tương ứng với<br /> các giá trị mẫu trong bảng tra cứu. Bộ DDS có các đặc tính chuyển tần rất nhanh. Khi tần<br /> số được thay đổi, thực chất là sự thay đổi của độ dịch pha trong mỗi mẫu tín hiệu. Thời<br /> gian chuyển đổi tần số chính là thời gian nạp giá trị tần số mới vào thanh ghi. Trong giải<br /> pháp đề xuất, bộ DDS tạo ra các tần số kiểm tra qua 2 bước: (1) bước quét thô, DDS tạo ra<br /> Ncoarse=8 tần số từ 8MHz đến 12MHz với bước tần fcoarse=0,5MHz để ước lượng thô tần số<br /> trung tâm bộ lọc (kí hiệu là fc_estimate). (2) Bước quét tinh, DDS tạo ra Nfine=10 tần số xung<br /> quanh tần số fc_ estimate, với bước tần ffine=0,1MHz để đo chính xác fc.<br /> Bộ FFT: Bộ FFT là một IP Core của Xilinx [9] thực hiện tính toán biến đổi DFT thuận<br /> hoặc DFT nghịch với NFFT = 2m (m = 3 đến 16) điểm. Với cấu hình bộ FFT ở cấu trúc<br /> dạng đường ống (pine-line), tốc độ tính toán bộ FFT bằng tốc độ xung nhịp clock nhân với<br /> độ dài FFT cần tính toán [9].<br /> 3.2. Giải pháp bù nhiệt<br /> Gọi tần số trung tâm danh định theo thiết kế là fc0, tần số trung tâm khi làm việc ở nhiệt<br /> độ T là fcT.<br /> Bộ lọc Gm-C được điều khiển bởi một<br /> thiên áp Vbias. Khi hệ thống khởi động hoặc<br /> đang trong quá trình hoạt động, thuật toán<br /> phần mềm định kỳ đánh giá lại fcT và hiệu<br /> chỉnh VbiasT theo các bước sau:<br /> Bước 1: Đặt Vbias0 cho bộ lọc như giá trị<br /> trong chế độ hoạt động tiêu chuẩn (nhiệt độ<br /> làm việc bằng 25oC)<br /> Bước 2: Điều khiển bộ DDS để tạo tần<br /> số đầu vào cho bộ lọc trong một dải tần đặt<br /> trước quanh tần số fc0 với một bước tần thô<br /> để ước lượng thô vị trí của fcT.<br /> Hình 3. Sơ đồ khối giải pháp bù nhiệt cho<br /> bộ lọc Gm-C.<br /> Bước 3: Đo mức năng lượng đầu ra bộ lọc sử dụng bộ biến đổi tương tự/số (ADC) và<br /> khối FFT. Lưu trữ dữ liệu toàn dải tần đã quét. So sánh tìm giá trị max để xác định khoảng<br /> tần số mà fcT nằm trong. Lặp lại bước 2 với bước tần tinh trong khoảng tần số đã xác định<br /> để tìm chính xác tần số fcT.<br /> Bước 4: Từ bảng tham chiếu dữ liệu và fcT vừa tìm được, xác định giá trị điện áp thiên<br /> áp VbiasT để kéo fcT về tần số danh định fc0.<br /> Bước 5: Điều khiển bộ biến đổi số/tương tự (DAC) tạo giá trị VbiasT cho bộ lọc.<br /> Bước 6: Kết thúc quá trình bù nhiệt, bộ lọc về chế độ hoạt động bình thường.<br /> Tính toán thời gian ước lượng tần số trung tâm bộ lọc:<br /> <br /> <br /> <br /> 90 L.T.T. Hồng, V.L. Hà, L.K. Biên, “Giải pháp bù nhiệt cho bộ lọc… ứng dụng trong SDR.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Bộ lọc được thiết kế với băng thông BW=600kHz, bộ FFT được cấu hình với độ dài<br /> NFFT=65536 điểm, tần số xung nhịp fclk=100MHz. Như vậy độ phân giải tần số đạt được<br /> là res_f=fclk/NFFT=153kHz, đủ nhỏ để đo được BW/res_f=4 tần số trong băng thông bộ lọc.<br /> Với cấu trúc đường ống, thời gian thực thi FFT là TFFT=Tclk*NFFT=(1/fclk)*NFFT=0,655ms.<br /> Để tăng độ chính xác đo năng lượng tín hiệu, số mẫu FFT cần để tính trung bình được lấy<br /> là Naverage=10 lần cho một tín hiệu thử. Như vậy, thời gian cần có để xác định chính xác<br /> tần số trung tâm bộ lọc là: Tfc_cal_total=TFFT* Naverage*( Ncoarse+ Nfine)=117.9 (ms). Khoảng<br /> thời gian này là khá nhỏ đối với chu trình khởi tạo cũng như tự động điều chỉnh tham số<br /> cho thiết bị thông tin vô tuyến thông thường.<br /> 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG<br /> 4.1. Bộ lọc hoạt động trong điều kiện nhiệt độ tiêu chuẩn<br /> Bộ lọc được thiết kế bằng phần mềm thiết kế IC của Synopsys, sử dụng model linh kiện<br /> của X-fab XH035. Bộ lọc hoạt động ở tần số trung tâm 10,7MHz.<br /> Hình 4 là kết quả mô phỏng dải<br /> động điều khiển của bộ lọc khi nhiệt độ<br /> bằng 25oC (nhiệt độ tiêu chuẩn). Dải<br /> điều khiển tuyến tính khi thay đổi Vbias<br /> từ 0,6V đến 0,8V. Khi đó tần số trung<br /> tâm của bộ lọc có thể thay đổi từ 5MHz<br /> đến 17MHz. Khi Vbias vượt quá 1,5V,<br /> bóng M6 bão hòa và ITAIL hầu như<br /> không thay đổi. Vì vậy dải động điều<br /> khiển cho bộ lọc được xác định trong<br /> dải Vbias từ 0,6V đến 0,8V.<br /> <br /> <br /> Hình 4. Dải động Vbias thay đổi tần số fc.<br /> 4.2. Bộ lọc hoạt động trong điều kiện môi trường nhiệt độ thay đổi<br /> Hình 5 mô tả sự ảnh hưởng của tần<br /> số trung tâm bộ lọc khi nhiệt độ thay<br /> đổi từ -40oC đến 85oC. Điện áp<br /> Vbias=0,7035V. Đường liền nét là kết<br /> quả tính toán lý thuyết theo biểu thức<br /> (5), đường chấm là kết quả mô phỏng<br /> bằng phần mềm HSPICE của<br /> Synopsys với thiết kế bộ lọc sử dụng<br /> công nghệ XH035, cho thấy kết quả<br /> mô phỏng phản ánh khá chính xác so<br /> với kết quả tính toán lý thuyết.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Tần số f0 thay đổi theo nhiệt độ.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 42, 04 - 2016 91<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> Hình 6 mô tả sự thay đổi tần số<br /> trung tâm fc của bộ lọc khi nhiệt độ thay<br /> đổi từ -40oC đến 85oC với các giá trị<br /> Vbias khác nhau. Lượng thay đổi fc khá<br /> lớn, đặc biệt ở vùng nhiệt độ thấp. Tại<br /> điều kiện nhiệt độ chuẩn bằng 25oC,<br /> điện áp Vbias=Vbias0=0,7035V, fc0 bằng<br /> 10,7MHz. Giá trị tần số này giảm tới<br /> 25% ở nhiệt độ -40oC và tăng lên tới<br /> 6,5% khi nhiệt độ ở 85oC. Để đưa fcT về<br /> giá trị danh định, khi nhiệt độ giảm cần<br /> tăng VbiasT, ngược lại khi nhiệt độ tăng<br /> cần giảm VbiasT.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Sự phụ thuộc của fc vào nhiệt độ.<br /> 4.3. Bù tần số trung tâm khi nhiệt độ thay đổi<br /> Thực hiện thuật toán bù tần số theo các bước mô tả trong phần 3:<br /> Bước 1: Đặt Vbias0 = 0,7035V cho bộ lọc ứng với nhiệt độ bằng 25oC.<br /> Bước 2: Điều khiển bộ DDS để tạo tần số đầu vào cho bộ lọc, tần số thay đổi từ 8MHz<br /> đến 12MHz, với bước tần thô bằng 0,5Mhz.<br /> Bước 3: Đo mức năng lượng đầu ra bộ lọc bằng bộ FFT. Lưu trữ dữ liệu toàn dải tần<br /> đã quét. So sánh tìm giá trị max để xác định tần số trung tâm fcT của bộ lọc. Hình 7 cho<br /> thấy mức năng lượng tín hiệu lớn nhất nằm tại tần số 10MHz. Như vậy tần số trung tâm fcT<br /> của bộ lọc nằm quanh dải tần từ 9,5MHz đến 10,5MHz, thấp hơn so với giá trị danh định<br /> fc0 (bằng 10,7MHz).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. Phổ tín hiệu đầu ra quét thô. Hình 8. Phổ tín hiệu đầu ra quét tinh.<br /> Lặp lại bước 2 và 3 với tần số đầu vào quét từ 9,5MHz đến 10,5MHz với bước tần tinh<br /> bằng 0,1MHz. Hình 8 cho thấy fcT nằm tại 10,2MHz.<br /> Bước 4: Từ bảng tham chiếu và fcT vừa tìm được, xác định giá trị điện áp thiên áp VbiasT<br /> để kéo fcT về tần số danh định fc bằng 10,7MHz. Từ Hình 6 có thể xác định được VbiasT cần<br /> đặt là 0,71V.<br /> Bước 5: Điều khiển bộ DAC tạo giá trị VbiasT bằng 0,71V cho bộ lọc.<br /> Hình 9 mô tả kết quả điều chỉnh fcT ở các giá trị nhiệt độ T khác nhau. Các đường liền<br /> nét là đặc tuyến biên độ/tần số ban đầu của bộ lọc ứng với các nhiệt độ -40oC, -20oC, 0oC,<br /> 20oC, 40oC, 60oC, và 80oC. Bảng 1 minh họa cấu trúc bộ dữ liệu với các trường nhiệt độ,<br /> tần số và thiên áp, từ đó tần số fcT có giá trị tương ứng và thiên áp VbiasT điều chỉnh bộ lọc<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 92 L.T.T. Hồng, V.L. Hà, L.K. Biên, “Giải pháp bù nhiệt cho bộ lọc… ứng dụng trong SDR.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> có thể được xác định. Cơ sở dữ liệu thực tế có thể được xây dựng với độ phân giải bước<br /> nhiệt độ nhỏ theo yêu cầu độ chính xác (ví dụ bước 1oC).<br /> Bảng 1. Xác định giá trị fcT và hiệu chỉnh VbiasT.<br /> o<br /> Nhiệt độ ( C) -40 -20 0 20 40 60 80<br /> fc (MHz) 7,93 9,13 10,04 10,67 11,07 11,29 11,39<br /> Vbias0 (V) 0,705 0,705 0,705 0,705 0,705 0,705 0,705<br /> VbiasT (V) 0,736 0,725 0,714 0,706 0,698 0,692 0,687<br /> Các đường nét liền là đặc<br /> tuyến biên độ/tần số của bộ lọc<br /> sau khi điều chỉnh Vbias, cho thấy<br /> bộ lọc có tần số trung tâm sau<br /> hiệu chỉnh nằm trong dải<br /> 10,7MHz±10kHz. Như vậy giải<br /> pháp hiệu chỉnh đề xuất cho phép<br /> giảm độ sai lệch fc xuống dưới<br /> 0,1%. Độ sai lệch này phụ thuộc<br /> vào độ chính xác của điện áp<br /> Vbias. Tham số này phụ thuộc chủ<br /> yếu vào chất lượng bộ DAC. Hình 9. Điều chỉnh tần số f về f bằng 10,7MHz.<br /> cT c0<br /> <br /> Bước 6: Kết thúc quá trình bù nhiệt, bộ lọc về chế độ hoạt động bình thường.<br /> 5. KẾT LUẬN<br /> Bài báo đã trình bày một giải pháp bù sai số tần số trung tâm do ảnh hưởng của nhiệt<br /> độ làm việc cho bộ lọc trung tần 10,7MHz kiểu Gm-C. Bộ lọc được thiết kế sử dụng công<br /> nghệ CMOS 0,35µm. Tần số trung tâm bộ lọc được ước lượng bằng thuật toán xử lý tín<br /> hiệu số, và thiên áp cho bộ lọc Gm-C được điều chỉnh, cho phép giảm độ sai lệch tần số<br /> trung tâm từ 25% xuống dưới 0,1% khi nhiệt độ thay đổi từ -40oC đến 85oC, đạt được độ<br /> chính xác hiệu chỉnh khá tốt khi so sánh với các giải pháp điều chỉnh bằng cấu trúc mạch<br /> analog khác (0,66% như trong [1], 6% như trong [6]). Giải pháp được ứng dụng hiệu quả<br /> trong các hệ thống vô tuyến định dạng mềm (SDR).<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Arash Moradi, “Temperature Compensation in OTA-C Integrators Using a Resistive<br /> Bridge”, Master Thesis, Concordia University, Canada, (2009).<br /> [2]. David Chamla, Andreas .K, Andreia .C, Didier .B, “A Switchable-Order Gm-C<br /> Baseband Filter With Wide Digital Tuning for Configurable Radio Receivers”, IEEE<br /> Journal Of Solid-state Circuits, Vol. 42, No. 7, Jul (2007)<br /> [3]. Mingdeng .C, José S.M, Shahriar .R, Moises .R, “A 2-Vpp 80–200-MHz Fourth-<br /> Order Continuous-Time Linear Phase Filter With Automatic Frequency Tuning”,<br /> IEEE Journal Of Solid-state Circuits, Vol38,No10,(2003).<br /> [4]. Montree Siripruchyanun, “A Temperature Compensation Technique for CMOS<br /> Current Controlled Current Conveyor (CCCII)”, King Mongkut’s Institute of<br /> Technology North Bangkok Bangkok, 10800, Thailand, (1999)<br /> [5]. Pan.W, Ma. C, Gan. Y, Ye. T, “A reconfigurable OTA-C baseband filter with wide<br /> digital tuning for GNSS receivers”, Journal of Semiconductors, Vol.31, No.9,<br /> Chinese Institute of Electronics, (2010)<br /> [6]. Purushottam Parajuli, “Design and simulation of all-CMOS temperature-<br /> compensated gm-C bandpass filters and sinusoidal oscillators”, Master Thesis,<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 42, 04 - 2016 93<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> University of Akron, Ohio, USA, August (2011)<br /> [7]. Soolmaz Abbasalizadeh, Samad Sheikhaei, Behjat Forouzandeh, “A 0.9 V Supply<br /> OTA in 0.18 μm CMOS Technology and Its Application in Realizing a Tunable Low-<br /> Pass Gm-C Filter for Wireless Sensor Networks”, SciRes,<br /> http://dx.doi.org/10.4236/cs.2013.41007, (2013)<br /> [8]. Xilinx, “DDS Compiler v6.0”, LogiCORE IP Product Guide, 2015<br /> [9]. Xilinx, “Fast Fourier Transform v9.0”, LogiCORE IP Product Guide, 2015<br /> [10].Yuelin Cui, “A Feedback Control Technique to Compensate for the Temperature<br /> Dependence of the Transconductance of CMOS Transistors and Its Application in gm-<br /> C Filters”, Master Thesis, Concordia Uni, (2004)<br /> <br /> <br /> ABSTRACT<br /> TEMPERATURE-COMPENSATED SOLUTION FOR<br /> TUNABLE CMOS Gm-C FILTER IN SDR<br /> This paper presents a variance compensation solution for the central frequency of<br /> the IF10.7MHz Gm-C filter under the effect of operating temperature. The designed<br /> filter is implemented in CMOS 0.35µm. A digital processing algorithm is used to<br /> estimate the central frequency, then the tunable Gm-C filter will be adjusted by an<br /> appropriate bias voltage, resulting in the reduction of the frequency variance to under<br /> 0.1% when the change of the operating temperature in the range of -40oC to 85oC.<br /> This solution can be applied efficiently in the software-defined radio systems.<br /> Keywords: Temperature-compensated, Tunable filter, CMOS, Gm-C, SDR.<br /> <br /> Nhận bài ngày 03 tháng 3 năm 2016<br /> Hoàn thiện ngày 05 tháng 4 năm 2016<br /> Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 4 năm 2016<br /> <br /> Địa chỉ: Viện Điện tử / Viện KHCN Quân sự.<br /> *<br /> Email: vulehuongha@yahoo.com<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 94 L.T.T. Hồng, V.L. Hà, L.K. Biên, “Giải pháp bù nhiệt cho bộ lọc… ứng dụng trong SDR.”<br />