I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7 ,   p p .   747 ~ 7 5 4   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j p ed s . v 8 i2 . p p 7 4 7 - 754          747       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   I m pro v ed   Fully D iff ere ntial  Lo w  P o w er  Active F il te       I m a ne  H a l k ha m s 1 M a hm o u d M ehdi 2 ,   Sa id  M a ze r 3 M o ulh i m E l B ekk a li 4 ,   Wa f a E l H a m da ni 5   1, 3, 4, 5   T ra n sm isso in   a n d   Da ta  P ro c e ss in g   L a b o ra to ry ,   USM B A ,   F e z   M o ro c c o   M icro w a v e L a b o ra to ry ,   F a c u lt y   o f   sc ien c e s,  L e b a n e s e   Un iv e rsit y       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   2 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ma r   2 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma r   1 6 ,   2 0 1 7       T h is  p a p e re late th e   n e w   to p o l o g y   a n d   sim u latio n o f   a   f u ll y   d iff e re n ti a CM OS  a c ti v e   f il ter  f o m m   w av b an d   a p p li c a ti o n s .   T h e   a d v a n t a g e o f   th e   d if fe re n ti a to p o lo g y   o v e th e   sin g le  e n d e d   o n e   a re   d isc u ss e d   a n d   th e   q u a li t y   f a c to is  tu n e d   to   i n su re   a p p li c a ti o n   re q u irem e n ts,   in c lu d i n g   n a rro b a n d w id th   a n d   h ig h   se lec ti v it y   d u e   to   a   d if f e re n ti a n e g a ti v e   re sis tan c e   th a re u se th e   f il ter’s   c u rre n t.   Us in g   th is  to p o l o g y   e n a b les   in d e p e n d e n t   tu n i n g   o th e   q u a li ty   f a c to a n d   lo w   p o w e c o n su m p ti o n   w h il e   c o m p e n sa ti n g   th e   re sistiv e   lo ss   o f   th e   f il ter.  V e r y   h ig h   f il ter  p e rf o r m a n c e   wa o b tain e d   w it h   th e   sim u late d   a c ti v e   in d u c to b a se d   a c ti v e   f il ter  th a wa s   d e sig n e d   u sin g   CM OS  0 . 3 5   µm   tec h n o lo g y   f ro m   A M S   fo u n d ry   a n d   th a t   re so n a tes   a 30   G H z   w it h   a   h ig h   q u a li ty   f a c to o f   Q > 5 0 0 .   K ey w o r d :   A cti v f ilter   A cti v i n d u cto r     D if f er en t ial  f i lter   M m   w a v b an d     Neg ati v r esis to r   Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   I m an Hal k h a m s   T r an s m is s o in   a n d   Data   P r o ce s s in g   L ab o r ato r y ,     USMB A ,   Fez  Mo r o cc o .   E m ail:  i m a n e. h al k h a m s @ u s m b a. ac . m a       1.   I NT RO D UCT I O N     T h g r ea r ev o lu tio n   i n   w ir eless   an d   s atell ite  co m m u n icati o n s   r eq u ir es  th i m p le m en ta ti o n   o f   h i g h   p er f o r m a n ce   O n - ch ip   tu n ab le  s y s te m s   w i th   a   h i g h   q u al it y   f ac to r   an d   lo w   p o w er   co n s u m p tio n   w h ic h   r e m ai n   s o m o f   t h m o s ch alle n g i n g   s tag e s   in   tr a n s ce i v er   co n ce p tio n .   Nar r o w   b an d w id th   a n d   h i g h   q u alit y   f ac to r   ca n   b o b tain ed   b y   S A W   f i lter s   w h ic h   p r ese n th e   ad v a n ta g es  o f   a n   o u t - of - b an d   r ej ec tio n   a n d   f le x ib ili t y   b an d w id t h   co n tr o [ 1 ] ,   h o w e v er   th e y   h av lar g s ize  an d   c an b tu n ed   i n   f r eq u e n c y   ea s il y .   A cti v in d u cto r   b ased   f ilt er s   r ep o r ted   in   liter at u r [ 2 ] - [ 3 ] ,   h a v m a n y   ad v a n t ag es   s u ch   as   f r eq u e n c y   t u n i n g   ea s e,   h i g h   q u ali t y   f ac to r s   an d   o n - c h ip   i n teg r atio n ,   h o w e v er   th tr a n s i s to r s   p ar asit ic  ef f ec t s   i m p ac th lin ea r it y   an d   s tab ilit y   o f   s y s te m s   w h ich   ca l ls   f o r   ac cu r ate  n o is an d   li n ea r izatio n   s t u d ies  [ 4 ] .   T h ese  f ilter s   ar b ased   o n   th g y r ato r   p r in cip le  th a tr a n s f o r m s   ca p ac itan ce   co n n ec ted   to   it s   i n p u to   a n   in d u ctan ce   w it h o u t   th e   u s o f   p as s i v e   in d u cto r s .   Si n ce   t h eir   cr ea tio n   b y   H AR A   [ 5 ]   m a n y   to p o lo g ies  w er r ep o r ted ,   b u s till   ca n n o r ea ch   t h v er y   h ig h   q u alit y   f ac to r s   o f   p ass i v o f f - c h ip   cir cu it s .   T h m aj o r   co n s tr ain is   t h f r eq u e n c y   t u n in g   i n d ep en d en t l y   o f   th q u alit y   f ac to r   tu n i n g .   T h q u ality   f ac to r   ca n   b en h a n ce d   b y   u s i n g   n eg a ti v r esis ta n ce   th a t   co m p e n s ate s   th r esis tiv lo s s   w h ic h   ch an g e s   th ce n tr f r eq u en c y   o f   th f il ter   as  w ell.   T h p u r p o s is   to   p r o p o s to p o lo g y   t h at  allo w s   v er y   h ig h   q u ali t y   f ac to r ,   lo w   p o w er   co n s u m p tio n   an d   n ar r o w   b an d w id t h .     A cc o r d in g   to   t h s p ec tr u m   s p ec if icatio n s   f o r   f r eq u e n cies   ar o u n d   1 . 4   GHz   u s ed   in   f i x e d   s atellite   s er v ices   [ 6 ] ,   th r eq u ir e m en ts   ar v er y   n ar r o w   b an d w id t h   ( 2 MH z)   an d   h i g h   q u alit y   f a cto r .   I n   th i s   p ap er ,   th p r o p o s ed   cir cu it  d esig n   i s   u s i n g   t w o   r ec ip r o ca ac tiv f il ter s   j o in ed   b y   B AL UN;  t h r esis ti v s er ial  an d   p ar allel  lo s s   ar co m p e n s ated   u s i n g   n eg a tiv r es is ta n ce   w h ic h   is   d esi g n ed   to   p er f o r m   in d ep en d en q u al it y   f ac to r   tu n i n g   w i th o u t   th v ar ia tio n   o f   ce n tr f r eq u e n c y .   I t is  f ir s t in te n d ed   to   o p er ate  in   th L   b an d ,   th e n   it  w i ll   b i m p r o v ed   in   o r d er   to   r ea ch   h ig h er   f r eq u en cie s   n a m e l y   t h m illi m etr w a v b an d   ar o u n d   3 0   GHz   f o r   5 ap p licatio n s .   T h n e w   to p o lo g y   u s es  v ar ac to r   th at  a llo w s   f r eq u en c y   tu n i n g   f o r   r an g u p   to   1 6   GHz   w it h   co n s ta n b an d w id th   o f   4 0   MH z.   A cti v m atch i n g   n et w o r k s   w er ad d ed   w it h   p r o p er ly   b iased   ac ti v e   co m p o n e n t s   to   ac h ie v b etter   p er f o r m a n ce s ,   n a m el y   o u t - of - b an d   r ej ec tio n ,   s tab ilit y   an d   lo w   n o is f ig u r e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   7 4 7     7 5 4   748   2.   DIFF E R E N T I A L   F I L T E DE S I G N   T h f u ll y   d if f er e n tial a c tiv e   f il ter   s h o w n   i n   F ig u r e   1   co n s is t s   o f   t w o   r ec ip r o ca l a cti v i n d u ct o r s   m ad e   o f   tr an s i s to r s   M1   a n d   M2   co n n ec ted   i n   f ee d b ac k   b ase d   o n   H AR to p o lo g y [ 5 ] .   T h ac ti v e   in d u cto r   tr an s f o r m s   th e   g ate - to - s o u r ce   ca p ac ita n ce   C g s   o f   tr an s is to r   M1   to   an   i n d u cta n ce   r ep lacin g   clas s ical  s p ir al   in d u cto r s .   E ac h   ac ti v i n d u cto r   is   eq u iv ale n to   an   R L C   r eso n ato r   as  s ee n   f r o m   i n p u i m p e d an ce   o f   th ac ti v in d u cto r   co m p o s ed   o f   M1   a n d   M2   ( 1 ) .   T h s er ies  r esis t an ce   R s ,   th p ar allel  i n d u ct o r   L p ,   th p ar allel   r esis ta n ce   R p   an d   ca p ac itan c C p ,   f o r m   an   R L C   r eso n ato r   th at  r eso n ate s   at  1 . 4 3   GHz   w h er g d s a n d   g m i( 1 , 2 )   a r r esp ec tiv el y   t h o u tp u t c o n d u cta n ce   a n d   th tr an s c o n d u ctan ce   o f   tr an s is to r   i.                                                                                                                                                                                                                                                           (1 )                                           Rs                 L p                   R p               Cp                                        Fig u r e   1 .   Fu ll y   d if f er en t ial  C MO S a ctiv f ilter   to p o lo g y       T h in d u ctiv e f f ec is   o b tain e d   b elo w   t h ce n tr f r eq u e n c y   d u to   R   an d   L   an d   th ca p ac i tiv ef f ec t   ab o v it  d u to   C .   T h r ea p ar o f   t h i m p ed a n ce   r ea ch e s   th p ea k   at  t h r eso n an t   f r e q u en c y .   T r an s is to r s     M3 - M6   f o r m   d i f f er e n tial  n eg a ti v r esis to r   at  t h in p u o f   th ac t iv i n d u cto r s   t h at  ca n ce ls   p ar asit ic  lo s s   ca u s ed   b y   R s   a n d   R p   ( co n d u ctan ce   g d s 1   an d   tr a n s co n d u ctan ce s   g m 1   a n d   g m 2 ) .   T h ese  cr o s s - co u p led   tr an s i s to r s   g en er ate  th e   cu r r en t n ec e s s ar y   to   co m p e n s ate   th e   cu r r en t lo s s   i n   th e   ac ti v i n d u c to r .   An   i n cr ea s o f   cu r r en in   t h g ate  o f   M3   w ill  in cr ea s th d r ain   c u r r en o f   M3   an d   at  th s a m ti m in cr e ase  th d r ain   cu r r en t   o f   M5   an d   g ate  cu r r en o f   M4   w h ich   w il r aise  th d r ain   cu r r en o f   M4   an d   M6   an d   g ate  o f   M3   ac co r d in g l y .   T h er ef o r e   p o s itiv f ee d b ac k   lo o p   is   s et  u p .   T h v alu o f   t h n eg ati v r esi s to r   ca n   b co n t r o lled   b y   cu r r en I r   o r   v o ltag Vg s   o f   t h tr an s is to r s   M3   an d   M4 ,   w h ic h   w ill  s u b s eq u en tl y   b o o s t th q u alit y   f ac to r   o f   th f il ter .   M7   an d   M8   ar u s ed   in   th i n p u s tag e.   T h e y   ar co m m o n   g ate  m o u n ted   an d   b iased   t o   h av t h lo w es in p u i m p ed a n ce   p o s s i b le.   p MO tr an s is to r s   ca n   als o   b u s ed   at  th in p u s ta g d u to   th eir   u n it y   g ai n .   T h tr an s i s to r   u s ed   ( F ig u r e   2 ( a) )   h as   lo w   in p u i m p ed an c ( 1 )   an d   v er y   h ig h   o u tp u i m p ed a n ce .     A lo w   f r eq u en c ies,  t h in p u t a n d   o u t p u t a d m itta n ce s   o f   th i n p u s t ag ca n   b ap p r o x i m ated   to   ( 2 ) - ( 3 ):                                                                                                                                   ( 2 )                                                                                                                                 ( 3 )     On   th o u tp u s id e,   co m m o n   d r ain   tr an s is to r s   M9 - M1 0   ar e   u tili ze d .   T h c o m m o n   d r ain   tr an s i s to r     ( Fig u r e   2   ( b ) )   h as  in f i n ite  i n p u i m p ed an ce   a n d   o u tp u i m p ed an ce   o f   t h o r d er   o f   1 /g m .   T h o p tim izat io n   o f   th i n p u a n d   o u tp u b u f f er s   c o n s is ts   i n   c h o o s in g   a n   o p ti m u m   o p er atin g   p o in i n   t h s at u r atio n   r eg io n   i n   o r d er   to   r ed u ce   th s en s iti v it y   o f   t h e   f r eq u en c y   ca u s ed   b y   v ar iati o n   o f   th lo ad .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I mp r o ve d   F u lly  Differ en tia l Lo w   P o w er A ctive   F ilter   ( I ma n Ha lkh a ms )   749   T h n eg at iv e   r esis tan ce   is   A C _ co u p led   to   th ac tiv e   i n d u cto r   to   r ed u ce   li n ea r it y   i s s u es.  Al cu r r en ts   an d   v o lta g es   w er o p ti m ized   to   attain   t h f r eq u en c y   a n d   s elec ti v it y   r eq u ir ed .   T o   r ea lize  th d i f f er en t ial  f u n ctio n   at  b o th   en d s   o f   t h f ilter ,   B AL UN  ( B alan ce d   t o   Un b alan ce d   v o ltag e)   i s   e m p lo y ed   [ 7 ] - [ 8 ] .   T h A D ( A d v a n ce d   Desi g n   S y s t e m )   co m p o n e n B AL UN1   ( F ig u r e   3 )   m ap s   b et w ee n   g r o u n d ed   r ef er r ed   s ig n al   ( Vin   f o r   in p u a n d   Vo u f o r   o u tp u t)   an d   b alan ce d   co u p le  o f   s ig n als  ( s i g n als  co m i n g   f r o m   b o t h   in p u t s   an d   o u tp u ts   o f   th ac ti v i n d u cto r s ) .         ( a)   ( b )   Fig u r e   2 .   ( a)   I n p u t stag ( C o m m o n   g ate  tr an s is to r )           ( b )   o u tp u t sta g ( C o m m o n   d r ain   tr a n s is to r )           Fig u r e   3 .   B A L UN  cir cu i t       I is   co m p o s ed   o f   t w o   L C   tan k s   w h o s r o le  is   to   m a k th o p er atio n   cited   in   ( 4 )   an d   ( 5 ) .   W h er V1   an d   V2   ar th in p u t v o lta g es o f   ea c h   ac tiv i n d u cto r ,   w h ile  V in   i s   t h o v er all  i n p u t o f   t h f ilter .                                                                                                                                                                               ( 4 )                                                                                                                                                                      ( 5 )     W h er V1 ,   V2   an d   I 1 ,   I 2   ar in p u t   v o lta g es   an d   in p u c u r r en ts   o f   b o t h   ac ti v i n d u c to r s   ( M1 ,   M2 ) .   T h ey   ca n   b ca lcu lated   f r o m   th s m a ll  s ig n a cir cu it  ( F ig u r 4 )   tak i n g   in to   ac co u n t h g ate - to - s o u r c ca p ac itan ce   C g s ,   th tr a n s co n d u cta n ce   G m   an d   th o u tp u t   co n d u cta n ce   Gd s   o f   tr an s is to r s   M1 ,   M2 .   Fro m   th e   s m all  s i g n al   s tu d y   o f   th cir cu it,  th e x p r ess io n   o f   th i n p u t v o lta g ca n   b g i v e n   in   ( 6 ) :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   7 4 7     7 5 4   750                                                                                                                                                              ( 6 )     As  ca n   b d ed u cted   f r o m   ( 6 ) ,   V1   is   in v er s el y   p r o p o r tio n al  to   th tr an s co n d u cta n ce   G m   o f   th tr an s is to r ,   th u s ,   th f ilter   p r ese n t s   m o r lo s s   as   G m   i n cr ea s es [ 9 ] .             Fig u r e   4 .   S m all  s ig n al  eq u i v al en t c ir cu i t o f   th d i f f er en tial a ctiv i n d u cto r       3.   RE SU L T S   AND  D I SCU SS I O N   Si m u latio n   o f   th e   p o w er   g ai n   o f   t h ac ti v f ilter   s h o w s   th a it  r ea ch e s   t h r e s o n a n ce   at   1 . 4 3   GHz   ( F ig u r 5 ) .                               Fig u r e   5 .   Gain   o f   t h d if f er en t ial  ac tiv f ilter   F=1 . 4 3   GHz ,   Q= 1 4 5 2         T h q u alit y   f ac to r   o f   s in g le  e n d ed   f ilter   d ef i n es t h s elec t iv it y   o f   t h f ilter ; it  is   d e f in ed   as   ( 7 ) .                                                                                                                                                                                                                                                   ( 7 )     Fo r   th 1 . 4   GHz   f r eq u en c y ,   w id el y   u s ed   f o r   p o in t - to - p o in co m m u n icatio n s ,   th m ax i m u m   b an d w id t h   is   3 . 5   MH z.   T h s i m u lated   b an d w id th   o f   t h is   ac tiv f ilter   is   1 MH w i th   q u alit y   f ac to r   >1 0 0 0 .   T h q u alit y   f ac to r   o f   th e   f ilter   ca n   b tu n ed   b y   v ar y i n g   t h n eg at iv e   r esis to r   cu r r en t   I r   o r   v o ltag e   V g s   o f   b o th   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I mp r o ve d   F u lly  Differ en tia l Lo w   P o w er A ctive   F ilter   ( I ma n Ha lkh a ms )   751   tr an s i s to r s   M3   an d   M4 .   T h s m all  s i g n al  c ir cu it  o f   t h e   n eg a tiv r esi s to r   is   g i v en   in   F ig u r e   6   ( n eg lecti n g   M5   an d   M6 ) .           Fig u r e   6 .   S m all  s ig n al  cir c u it  o f   th n eg at iv r esi s to r       Fro m   F ig u r 6   an d   co n s id er i n g   c u r r en t   s o u r ce   I i n   co n n ec t ed   b et w ee n   t h t w o   d r ai n s   o f   th tr a n s i s to r s ,   t h e   in p u t i m p ed an ce   o f   t h n eg ati v r esis to r   is :                                                                                                                                                                                         ( 8 )                              Z i n   b ec o m es:                                                                                                                                                                                                                                ( 9 )     W h en   t h t w o   tr a n s co n d u cta n ce s   ar id en tical,   th r ea l p ar t o f   th i n p u t i m p ed an ce   is   g i v e n   in   ( 1 0 ) :                                                                                                                                                                                                      ( 1 0 )     T h n eg ati v r esis to r   ca n   t h e n   b eq u iv alen t to   th cir cu i t o f   F ig u r e   7:           Fig u r e   7 .   E q u iv ale n t n e g ati v r esis to r   cir cu it       A cc o r d in g   to   E q u atio n   ( 9 )   a n d   F ig u r e   7 ,   th n eg ati v r es is to r   in tr o d u ce s   p ar asit ic  ca p ac itan ce   w h ic h   a f f ec ts   th r e s o n a n ce   f r eq u en c y .   T h er ef o r v ar iat i o n   o f   th e   q u alit y   f ac to r   w il i n ev i tab l y   lead   to   v ar iatio n   o f   th e   ce n tr al  f r eq u en c y ,   h e n ce   th e   n ee d   to   u s a   v ar ac to r   to   co n tr o t h ce n tr f r eq u e n c y   t u n in g .   T h is   p r in cip le   is   d is cu s s ed   i n   an o th er   w o r k   [ 10 ].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   7 4 7     7 5 4   752   W h ile  u s i n g   t h s i n g le   en d e d   f ilter   to p o lo g y   a n d   as   ca n   b n o ticed   f r o m   ( 7 ) ,   th q u alit y   f ac to r   d ep en d s   o n   th tr a n s co n d u ca n ce   o f   th tr a n s i s to r s   M1   an d   M2 ,   w h ich   i s   in v er s el y   p r o p o r tio n al  to   th ce n tr f r eq u en c y   o f   t h f ilter ,   t h er ef o r an y   c h an g i n g   i n   t h b iasi n g   c u r r en t   o f   t h n e g ativ e   r es is tan ce   to   tu n t h e   q u alit y   f ac to r   o f   th f i lter   will  in e v itab l y   a f f ec its   ce n tr f r eq u e n c y .   He n ce   t h ad v a n tag e   o f   u s i n g   t h e   d if f er e n tial   to p o lo g y   in s tead .   W h en   b o th   in p u t s   o f   th d if f er en tia f ilter   ar co n n ec te d   to   th n eg ativ e   r esis ta n ce ,   t h n ee d   o f   t h co m p e n s at io n   i n   b o th   e n d s   i s   t w ice   t h n ee d   f o r   s i n g le  en d ed   o n e,   s o   th e   tr an s co n d u ctan ce s   o f   tr a n s i s t o r s   M3   an d   M4   ar r ed u ce d   th u s   lo w   p o w er   co n s u m p tio n   i s   n ee d ed .   A s   co n s eq u e n ce ,   w h i le  tu n i n g   t h e   q u alit y   f ac to r   o f   th f ilter ,   th ce n tr f r eq u e n c y   i s   s li g h tl y   ch an g ed   b ec au s o f   th lo w   c u r r en t.  T h s i m u lated   Q_ tu n i n g   is   s h o w n   in   F ig u r e   8   f o r   ce n tr f r eq u en c y   o f   1 . 4   GHz .           Fig u r e   8.   Q_ tu n i n g   b y   v ar y i n g   cu r r en t I r   o f   th n eg at iv r esi s to r       T h v ar iatio n   o f   th r esi s tan ce   is   m ai n l y   u s ed   to   co n tr o th f il ter   b an d w id t h .   T h u s ,   f o r   b est  s elec ti v it y ,   t h lo s s y   eq u iv a len r esis ta n ce   o f   th cir cu i ca n   b ca n ce lled .   C o n v er s el y ,   to   w id en   t h b an d w id t h ,   th v al u o f   th i s   r esis ta n ce   m u s b in cr ea s ed .   Fro m   t h s i m u latio n   r es u lt s ,   th q u alit y   f ac to r   ca n   b f u r t h er   i m p r o v ed   to   ac h ie v v er y   h i g h   s elec tiv i t y   o f   t h b an d p ass   f ilter .   Fo r   ap p licatio n s   i n   E H b an d ,   t h e   ce n tr f r eq u en c y   o f   th e   f ilter   m a y   b t u n ed   in   o r d er   to   o p er ate  in   th e   m illi m etr b a n d   [ 11 ] ,   b y   v ar y in g   th e   p o lar izatio n   co n d itio n s   a n d   th v al u es   o f   th e   co m p o n e n ts   o f   th e   cir cu it.   A   s tu d y   o f   n o is an d   s tab ili t y   o f   th e   d if f er e n tial  f ilter   is   al s o   n ec es s ar y ,   i n s o f ar   as th is   f ilter   ca n   o p er ate  co r r ec tly   at  v er y   h i g h   f r eq u en cie s .   T h o p tim iza tio n   o f   p o lar izati o n   co n d itio n s   o f   t h d i f f er e n ti al  ac tiv e   in d u ct or   as  w ell  a s   t h v ar iatio n   o f   Vg s   a n d   Vd s   o f   in p u an d   o u tp u t   s ta g es   m ad it  p o s s ib le  to   r ea ch   th m ill i m eter   b a n d   b ey o n d   3 0   GHz   ( Fig u r 9 ) .   Mo r eo v er ,   th e   u s o f   t h d i f f er en tial   to p o lo g y   o v er   th e   s i n g le  e n d ed   o n r ed u c es  co n s id er ab l y   t h e   cu r r en co n s u m p tio n ;   v er y   p r ev alen p r o b le m   in   R d esig n   [ 1 2 ] .   A th ce n tr f r eq u e n c y   o f   3 0   GHz   an d   f o r   b an d w id t h   o f   5 0   MH z,   w f in d   s at is f a cto r y   p ar a m e ter s g o o d   in p u an d   o u tp u t   v o ltag r ef lectio n   co ef f icie n t s   ( - 2 0   an d   - 7   r esp e ctiv el y ) .   g o o d   s elec t iv i t y   a n d   ac ce p tab le  i n s er tio n   lo s s   w er a ls o   o b s er v ed .   I n p u an d   o u tp u m a tch i n g   n e t w o r k     R eg ar d in g   t h ev al u ati o n   o f   th s tab il it y   o f   t h f i lter ,   an d   as  m en tio n ed   in   E qu atio n   ( 11 ) ,   th s tab ilit y   f ac to r   is   in v er s el y   p r o p o r tio n al  to   th g ain   ( S2 1 )   o f   th f ilt er :   12 21 2 2 22 2 11 2 1 S S S S K         w it h                             21 12 22 11 S S S S                                                                                 ( 1 1 )   T h s tab ilit y   f ac to m u s n e v er   b less   th a n   1   f o r   th f ilt er   to   b u n co n d itio n all y   s tab le.   Stab ilit y   m ai n l y   d ep en d s   o n   in p u an d   o u tp u m atc h in g   n e t w o r k s   [ 1 3 ] .   T h s tab ilit y   c u r v o f   t h f i lter   is   g iv en   i n   F i g u r 1 0 .   I t   ca n   b s ee n   t h at  t h f ac to r   r e m ai n s   g r ea ter   th a n   1   o v er   th e   en tire   f r eq u e n c y   r a n g e.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I mp r o ve d   F u lly  Differ en tia l Lo w   P o w er A ctive   F ilter   ( I ma n Ha lkh a ms )   753     ( a)       ( b )     Fig u r e   9 .   S p ar am eter s   ( a)   S2 1 ,   ( S1 1   an d   S2 2 )         Fig u r e   10.   S tab ilit y   p er f o r m a n ce       B y   co m p ar i n g   t h p er f o r m a n ce   o f   th d if f er en t ial  to p o lo g y   w it h   th s in g le  en d ed   o n e,   d is cu s s ed     in   [ 1 0 ] ,   th s tab ilit y   o f   t h f u ll y   d i f f er en t ial  f i lter   is   o b s er v ed   o v er   w id b an d ,   u n lik th s i n g le  en d ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   7 4 7     7 5 4   754   to p o lo g y   w h ic h   v ar ies  ab r u p t l y   ar o u n d   th ce n tr al  f r eq u en c y .   T h is   f ea tu r i s   v er y   n ec e s s ar y   f o r   f r eq u e n c y   tu n ab le  ap p licatio n s   th a r eq u ir w id b an d   o f   s tab ili t y .   I n   ad d itio n ,   b y   u s i n g   d i f f er en tial  v o ltag e d if f er e n tial  m o d e   r ed u ce s   n o n - lin ea r   e f f ec ts ,   w h ic h   e x p la in s   its   e n o r m o u s   u s i n   r ec e iv er s .   Fi n all y ,   t h p ar ticu lar it y   o f   th i s   s o l u tio n   o v er   o th er s   is   t h at  it  ca n   r ea ch   th m ill i m e ter   b an d ,   t h an k s   to   th ad ap tatio n   s tag e s   u s ed   an d   th n e g ati v r esis ta n ce ,   w h ile  m o s ac tiv f i lter s   o p er ate  in   UHF  b an d   [ 1 4 ] - [ 1 5 ] ,   in   ad d itio n   to   th i m p r o v e m e n t in   e n er g y   co n s u m p tio n .       4.   CO NCLU SI O N     I n   t h is   p ap er   f u ll y   d i f f er en t i al  ac ti v f ilter   w as  d escr ib ed   o p er atin g   at   30  GHz   f o r   m m   w a v b a n d   ap p licatio n s .   I h as  b ee n   d e m o n s tr ated   th at  ac ti v f i lter s   ca n   r ea ch   v er y   h i g h   q u alit y   f ac t o r s   d u to   g y r ato r   to p o lo g y   a n d   n eg at iv r esi s to r   p r in cip le.   T h u s o f   th d if f er en tial  to p o lo g y   allo w s   p o w er   ec o n o m y   an d   q u alit y   f ac to r   t u n in g   w i th o u v ar y i n g   t h ce n tr f r eq u e n c y .   Nev er t h eles s ,   p r o p er   b iasi n g   co n d itio n s   f o r   all   tr an s i s to r s   ar cr u cial   to   r ea ch   h ig h   s elec ti v it y   a n d   o u t_ b an d   r ej ec tio n .   T h f ilter   p r esen t s   v er y   g o o d   p er f o r m a n ce s ,   f r eq u e n c y   t u n i n g   ea s an d   h i g h   f r eq u e n c y .   T h C MO b ased   f ilter   o f f er s   g o o d   s elec tiv it y   an d   ca n   h a v lar g er   b an d w i d th   if   r eq u ir ed   at  th co s o f   g ain   lo s s .   T h is   f il ter   m a y   b u s ed   to   d esig n   b i - b an d   f ilter s   f o r   ap p licatio n s   r eq u ir i n g   m u ltip le  f r eq u e n cies.        RE F E R E NC E S     [1 ]   Hu a n g ,   Y.,   Ba o ,   J.,   T a n g ,   G . ,   Ao n u m a ,   T . ,   Zh a n g ,   Q.,   Om o ri,   T . ,   &   Ha sh i m o to ,   K.  Y.    S A W /B AW   b a n d   re jec t   f il ters   e m b e d d e d   in   im p e d a n c e   c o n v e rter.  In   Ultra s o n ics   S y mp o si u m ( IUS ),   IEE In ter n a ti o n a l ,   2 0 1 6 p p .   1 - 4 .     [2 ]   Ha m m a d i,   Ay m e n   Be n ,   e a l.   A n   En h a n c e d   De sig n   o f   RF   In t e g ra ted   Diffe re n ti a A c ti v e   In d u c to r.   Bi o   N a n o   S c ien c e .   2 0 1 6 6( 3 ) :   1 8 5 - 1 9 2 .   [3 ]   A .   T h a n a c h a y a n o n t,   CM O S   T ra n sisto r - On ly   Ac ti v e   In d u c to F o I F /RF   A p p li c a ti o n s,  IE EE   ICIT ,   2 0 0 2 1 2 0 9 - 1 2 1 2   [4 ]   Jie   Yo u ,   Qin m in   Ya n g ,   Jia n g a n g   L u   .   No n li n e a S y ste m F e e d b a c k   L in e a riza ti o n   Op ti m a Zero - S tate - Err o Co n tro l   Un d e Distu r b a n c e s Co m p e n sa ti o n .   T E L KOM NIKA  In d o n e sia n   J o u rn a o El e c trica E n g in e e rin g . 2 0 1 2 Vo 1 0 ,   N o   3 :   5 1 4 - 5 2 3 .   [5 ]   A   S .   Ha ra ,   T .   T o k u m it su ,   Bro a d - b a n d   m o n o l it h ic  m icro w a v e   a c ti v e   in d u c to a n d     it a p p li c a ti o n   t o   m in iatu rize d   w id e - b a n d   a m p li f i e rs.  IEE M T T.   1 9 8 8 ;   Vo l.   3 6 ,   No .   1 2 .   [6 ]   Æ g is  S y st e m L i m it e d ,   F re q u e n c y   B a n d   Re v iew   f o F ix e d   W irele s s S e rv ice ,   29 t h ,   No v e m b e 2 0 1 1 .   [7 ]   Ke n   Ku n d e rt.   A   T e st Ben c h   f o D iff e re n ti a Circu it s,  De sig n e r’s   G u id e   C o n su lt in g ,   I n c .   [8 ]   J.  S e v ick ,   T ra n s m is sio n   L in e   T ra n sf o rm e rs,  2 n d   E d .   Ame ric a n   R a d io   Rela y   L e a g u e ,   Ne w in g to n ,   CT ,   1 9 9 .   [9 ]   Cristi a n   A n d ries e i,   L iv iu   G o ra s .   On   F re q u e n c y   a n d   Qu a li t y   F a c t o I n d e p e n d e n T u n i n g   P o ss i b il it ies .   Ro ma n i a n   J o u rn a o In f o rm a ti o n   S c ien c e   a n d   T e c h n o lo g y .   2 0 0 8 ;   V o lu m e   1 1 ,   Nu m b e 4 :   3 6 7 - 3 8 2 .   [1 0 ]   Im a n e   Ha lk h a m s,  M a h m o u d   M e h d i,   S a id   M a z e r,   M o u l h im e   El   Be k k a li ,   W a f a e   El   Ha m d a n i,   F a rid   T e m c a m a n i.   W id e   T u n in g   Ra n g e   A c ti v e   F il te f o th e   5 G   in   CM OS  T e c h n o lo g y .   In ter n a ti o n a J o u rn a o n   Co mm u n ica ti o n s   An ten n a   a n d   Pr o p a g a ti o n .   F e b .   2 0 1 6 ;   V o l .   6 ,   No .   1 :   p p . 5 0     55 .   [1 1 ]   L iu   Jin h u ,   M e F e ih u .   A n   Im p ro v e d   Ch a n n e Est im a ti o n   A lg o rit h m   f o Ultra - W id e b a n d   W irele ss   Co m m u n ica ti o n   S y st e m s .   T EL KOM NIKA  In d o n e sia n   J o u rn a o E lec trica En g i n e e rin g .   J u ly   2 0 1 3 V o l . 1 1 ,   N o . 7 :   p p . 4 1 29 - 4 1 3 3 .   [1 2 ]   Ne d a   Ba b a p o u r,   Ja v a d   Ja v id a n De sig n   o f   a   Clas F   P o w e Am p li f ier  W it h   6 0 %   Ef f icie n c y   a 1 8 0 0   M Hz   F re q u e n c y Bu ll e ti n   o f   El e c trica En g i n e e rin g   a n d   I n fo rm a ti c s .   De c e mb e r 2 0 1 5 V o l . 4 ,   no . 4 :   p p   3 1 4 - 3 1 9 .   [1 3 ]   Yin   X i n ,   T a n   Ya n g   Ho n g ,   L iao   J iw a n g W id e b a n d   T u n in g   o f   I m p e d a n c e   M a tch in g   f o a c tu a RF   Ne tw o rk u sin g   A QP S O T E L KOM NIKA  In d o n e sia n   J o u r n a l   o f   El e c trica l   En g in e e rin g N o v e m b e 2 0 1 3 V o l . 1 1 ,   No . 1 1 :p p . 6 6 0 0 - 6 6 1 0 .   [1 4 ]   S e n   W a n g   Re n - Hu a   Ch a n g 2 . 4   G H z   CM OS  b a n d p a ss   f il ter  u s in g   a c ti v e   tran s m issio n   li n e El e c tro n ics   L e tt e rs 2 0 1 6 ; V o l . 52   ( 5 ) ,   3   3 3 7 1     3 7 2   [1 5 ]   Y . - Ch ih   Hs iao   C .   M e n g   S . - T e   Ya n g 5 /6 0   G Hz   0 . 1 8   μm   CM OS  Du a l - M o d e   Du a l -   Co n v e rsio n   R e c e iv e Us in g   a   T u n a b le  A c ti v e   F il ter  f o 5 - G Hz   Ch a n n e S e lec ti o n I EE M icr o wa v e   a n d   W ire les Co mp o n e n ts  L e tt e rs 2 0 1 6 V o l . 26   ( 11 ):  9 5 1     9 5 3 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.