I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   11 ,   No .   4 A u g u s t   2021 ,   p p .   2 9 6 2 ~ 2 9 7 3   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 1 i 4 . pp 2 9 6 2 - 2 9 7 3          2962       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   O ne   i nput   v o ltag e and  t hr ee  o ut put  v o ltag u niv ersa b iqua d   f ilters   w ith  o rtho g o na t une of  f req uency  and  b a ndw idth       M a y   P hu   P w int  Wa i A m o rn cha i C ha icha na ,   Wina i J a ikl a ,   Su ra po ng   Sirip o ng dee,     P ee ra w ut  Su wa nja n   De p a rtme n o f   En g in e e rin g   Ed u c a ti o n ,   F a c u lt y   o f   In d u strial  Ed u c a ti o n   a n d   T e c h n o lo g y ,     Kin g   M o n g k u t’s  In stit u te o f   T e c h n o l o g y   L a d k ra b a n g ,   Ba n g k o k       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   30 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   J an   13 ,   2 0 2 1   A cc ep ted   J an   2 9 ,   2 0 21       T h is  re se a rc h   p a p e c o n tr ib u tes   th e   o n e   in p u t   th re e   o u t p u t   v o l tag e   m o d e   u n iv e rsa b iq u a d   f il ters   w it h   li n e a a n d   e lec tro n ic  c o n tro o f   th e   n a tu ra f re q u e n c y   ( 0 ) ,   u sin g   tw o   c o m m e rc iall y   a v a il a b le  ICs,  L T 1 2 2 8 a a c ti v e   d e v ice   w it h   t w o   g ro u n d e d   c a p a c it o rs,  f iv e   re sisto rs.  T h e   p re se n ted   u n iv e rsa l   b iq u a d   f il ters   c a n   sim u lt a n e o u sl y   p ro v id e   t h re e   v o lt a g e - m o d e   f il terin g   f u n c ti o n s,  l o w - p a ss   (L P ),   h ig h - p a ss   (HP a n d   b a n d - p a ss   (BP )   w it h o u t   c h a n g in g   th e   c ircu it   a rc h it e c tu r e .   F u rt h e rm o re ,   th e   f irst  p re se n ted   b i q u a d   f il ter  p ro v id e lo w   i m p e d a n c e   a t   HP ,   B P   v o lt a g e   o u tp u n o d e a n d   L P ,   B P   o u t p u v o lt a g e   n o d e a re   lo w   i m p e d a n c e   f o th e   se c o n d   p ro p o se d   f il ter  w h ich   is  e a s y   c a sc a d e   a b il it y   w it h   o th e v o lt a g e   m o d e   c ircu it w it h o u t h e   e m p lo y m e n o f   b u ff e c ir c u it s.  Th e   q u a li ty   fa c to ( Q o f   b o th   p ro p o se d   f il ters   is  o rt h o g o n a ll y   a d ju ste d   f ro m   th e   p a ss b a n d   v o lt a g e   g a in   a n d   0 T h e   p ro p o se d   f il ters   a re   si m u late d   a n d   e x p e ri m e n ted   w it h   c o m m e rc iall y   a c c e s sib le  ICs,  L T 1 2 2 8 .   T h e   sim u late d   a n d   e x p e rim e n tal  re su lt d e m o n stra te   th e   f il terin g   p e rf o rm a n c e s.   K ey w o r d s :   A cti v b u i ld in g   b lo ck     L T 1 2 2 8   SIM O   Un i v er s al  f ilter   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Am o r n c h ai  C h aic h an a   Dep ar t m en t o f   E n g i n ee r in g   E d u ca tio n ,   Fac u lt y   o f   I n d u s tr ial   E d u ca tio n   an d   T ec h n o lo g y   Kin g   Mo n g k u t s   I n s tit u te  o f   T ec h n o lo g y   L ad k r ab an g ,   B an g k o k ,   1 0 5 2 0 ,   T h ailan d   E m ail: a m o r n c h ai. ch @ k m itl.a c. th       1.   I NT RO D UCT I O N     T h an alo g   f il ter s   o r   s o m l ik en e s s   th er eo f   ar b asic   to   th o p er atio n   o f   t h m o s e n g i n ee r i n g   cir cu its .   I i s   h e n ce   co n s id er in g   lo g ical  co n ce r n   f o r   an y b o d y   h an d led   w it h   elec tr o n ic  c ir cu it  d esi g n   to   b ab le  to   cr ea te  f il ter   cir cu it s   f it  f o r   m ee ti n g   g iv e n   ar r an g e m e n t   o f   s p ec if ica tio n s .   T h e y   ar e m p h a s ized   s ig n al s   in   th s p ec if ied   f r eq u en c y   b an d   ( w a n ted   s i g n al)   w h ile  r ej ec o th er   th s ig n al s   o u ts id th at  b an d   ( u n w a n te d   s i g n a l) .   T h ey   ar b r o ad ly   u til ized   f o r   th eir   s i g n i f ican p r er eq u is ites   i n   elec t r ical  an d   elec tr o n ic  en g i n ee r i n g   ap p licatio n   a n d   e x tr e m e l y   f a m o u s   i n   u tili zi n g   f o r   cir cu it  f r a m e w o r k   o f   a n al o g   s i g n a l p r o ce s s i n g   s y s te m .   Nu m er o u s   f ield s   u ti li ze   f ilter   c ir cu it s ,   f o r   ex a m p le,   co m m u n icatio n ,   i n s tr u m e n tat io n ,   m ea s u r e m e n t,   s o u n d   s y s te m ,   a n d   co n tr o s y s te m s   [ 1 ] .   P ar ticu lar l y ,   s ev er al  f u n ctio n   f ilter s   w h ic h   ar ca ll ed   u n i v er s al  f ilter s   o r   m u lti f u n c tio n   f ilter s   h a v b ee n   ex te n s i v el y   s t u d ied   an d   h av b ec o m a n   i n ter e s ti n g   r esear ch   to p ic.   T h e   an alo g   b iq u ad   f ilter   w it h   s i n g l e - i n p u m u lt ip le - o u tp u ( SIM O)   ca teg o r y   is   t h m o s r en o wn ed   f ilter i n g   cir cu it   w h ic h   p r o v id es  n u m er o u s   o u t p u r esp o n s es  i n   t h s a m cir cu it  to p o lo g y .   Mo r eo v er ,   SIM f ilter i n g   s ch e m e   d o es  n o w a n o th er   cir cu it s   to   g et  th w a n ted   f il ter in g   r esp o n s e s   f o r   ex a m p le  th i n p u s ig n al  s elec tio n .   W ith   SIM f ea tu r e,   t h s i n g le   in p u is   e m p lo y ed   a n d   p r o v id es  s i m u ltan eo u s l y   m u ltip le  f il ter in g   o u tp u r esp o n s es.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       On in p u t v o lta g a n d   th r ee   o u tp u t v o lta g u n ivers a l b iq u a d   filt ers   w it h   o r th o g o n a . . .   ( Ma P h u   P w in t W a i)   2963   T h u s ,   SIM t y p f il ter s   ar m o r b en e f icial  i n   co m p ar is o n   w ith   o t h er   t y p f ilter s   f o r   th ap p licatio n s   w h ic h   r eq u ir s i m u lta n eo u s l y   s ev er al   f ilter i n g   r esp o n s es s u c h   as i n   3 - w a y   cr o s s o v er   n et w o r k   [ 2 - 5 ] .   T h o p er atio n al  tr an s co n d u cta n ce   a m p li f ier   ( OT A )   is   ac tiv b u ild in g   b lo ck   w h ic h   h as  r ec e iv ed   g r ea t   atten tio n   to   e m p lo y   f o r   s y n t h esis   o f   a n alo g   s i g n al  p r o ce s s i n g   s y s te m s   [ 6 ] .   W ith   elec tr o n ic  ad j u s tab ilit y   o f   tr an s co n d u ctan ce   g ain ,   t h p ar a m eter s   o f   t h OT A   b ased   cir cu it s   ar e lectr o n icall y   c o n tr o llab le.   Var ied   co m m er cial   OT A   I C s   ar ac ce s s ib le  f o r   in s tan ce   C A 3 0 8 0   [ 7 ]   an d   L M1 3 7 0 0   [ 8 ] ,   an d   L T 1 2 2 8   [ 9 ] .   Fo r   s p ec if ic  w o r k   w it h   r ea l   p r ac tical  tes t,  th u s e   o f   co m m er ciall y   a v ail ab le  OT A   i s   s till   c h ea p er   a n d   m o r ap p r o p r iate  co m p ar ed   to   th ch ip   f ab r icatio n   [ 1 0 ] .   T h L T 1 2 2 8   f r o m   L in ea r   T ec h n o lo g y   I n is   t h i n tr ig u i n g   o n e.   T h is   ac tiv d ev ice  co n s is t s   o f   OT A   an d   cu r r e n f ee d b ac k   a m p l if ier   ( C F A ) .   T h L T 1 2 2 8 s   C F A   h as  h ig h   in p u t   i m p ed an ce   a n d   s o   it  is   s u p er b   b u f f er   f o r   th o u tp u o f   t h tr an s co n d u cta n ce   a m p li f ier   m ai n tai n s   it s   w id b an d w id t h   o v er   lar g v ar y   o f   v o lta g e   g a i n s   cr ea ti n g   it  s i m p le  to   i n ter f ac t h tr a n s co n d u cta n ce   a m p li f ier   o u tp u to   d if f er en t e lectr o n ic  c ir cu itr y .   I t is   i n te n d ed   to   d r iv e   lo w   i m p ed an ce   lo ad s ,   s u ch   as   ca b les,  w it h   b etter   lin ea r it y   at  h i g h   f r eq u en c ies.   Mo r eo v er ,   t h ex ter n al  d b ias  cu r r en t,  I B   ca n   co n tr o elec tr o n icall y   to   it s   tr an s co n d u ctan ce   g m .   T h er ef o r e,   th L T 1 2 2 8   b ased   cir cu its   ar co n tr o lled   b y   co m p u te r   in   tr e n d y   cir cu it   v o g u e .   Sev er al  SIM s ec o n d   o r d er   v o ltag m o d u n i v er s al  f ilter s   u s i n g   d if f er en a n alo g   ac ti v f u n ctio n   b lo ck s   h a v b ee n   p u b li s h e d   in   t h liter at u r [ 1 1 - 4 7 ] .   Ho w e v er ,   t h ese  r ep o s ed   f ilter s   h a v s o m e   in co n v en ien ce s   as   it  h a s   b e en   o b s er v ed   t h at  th e   ac ti v b u ild in g   b lo ck s   ar n o i m p le m e n ted   f r o m   t h co m m er ciall y   a v ailab le  I C   [ 13 - 31,   36 - 43 ] all  ca p ac ito r s   ar n o g r o u n d ed   [ 1 4 ,   1 8 ,   2 9 ,   4 2 ] ,   th n atu r al   f r eq u en c y   i s   n o elec tr o n icall y   tu n ed   [ 1 4 - 3 4 ,   3 6 ] ,   ab s en ce   o f   o r th o g o n al  tu n o f   t h 0   an d   Q   [ 1 3 - 1 6 ,   1 8 - 2 4 ,   2 9 ,   3 0 ,   3 5 ,   3 6 ,   4 0 ,   4 1 ,   4 3 ,   4 6 ,   4 7 ] ,   th p ass b an d   v o ltag g ain   is   n o co n s ta n d u r i n g   tu n i n g   th n atu r a l   f r eq u en c y   a n d   q u alit y   f ac to r   [ 1 4 ,   1 7 ,   1 8 ,   2 0 ,   2 5 ,   2 6 ,   2 8 ,   2 9 ,   3 2 - 3 4 ,   3 6 ,   3 8 ,   3 9 ,   4 2 ]   T h is   cu r r en p ap er ' s   co m m i t m en is   to   p r o p o s tw o   u n i v er s al  s ec o n d   o r d er   f ilter s   w it h   o n in p u t   v o lta g a n d   t h r ee   o u tp u v o lta g es.  T h p r esen ted   f ilter s   ar co n s tr u cted   f r o m   t w o   L T 1 2 2 8 s   w it h   f iv r es is to r s   an d   t w o   g r o u n d ed   ca p ac ito r s .   T h r ee   v o ltag m o d f ilter i n g   f u n ct io n s ,   HP ,   L P   an d   B P   w it h   co n s tan p as s b an d   g ain   d u r i n g   tu n i n g   t h 0   a n d   Q   ar o b tain ed .   T h 0   i s   elec tr o n icall y   ad j u s ted .   T h Q   o r   b an d w id t h   is   co n tr o lled   b y   m ea n s   o f   s etti n g   th v al u o f   t h f ee d b ac k   r e s is to r s   w h ile  n o   d is tu r b i n g   t h e   0 .   T h ex h ib itio n   o f   th p r o p o s ed   f ilter s   is   ap p r o v ed   th r o u g h   u til izin g   P   s p ice  p r o g r a m   an d   tr ial .       2.   P RO P O SE UNI VE R SAL   F I L T E R S   2 . 1 .     P rinciple o f   t he  us ed  co mm e rc ia lly   a v a ila ble a ct iv ele m ent   T h ac tiv ele m en u s ed   in   th i s   d esi g n   is   L T 1 2 2 8 ,   c o m m er ciall y   av ai lab le  I C   f r o m   L i n ea r   T ec h n o lo g y   I n c.   T h L T 1 2 2 8   s y m b o lic   d iag r a m   w it h   ei g h ter m i n als  i s   ill u s tr ated   in   Fig u r 1 ( a) .   T h y   ter m i n al  is   o u tp u c u r r en w h ich   h a s   h i g h   i m p ed an ce   an d   th V +   an d   V -   ter m in a ls   ar in v er ti n g   an d   n o n - in v er t in g   i n p u v o lta g es  t h at  a ls o   h a v h ig h   i m p ed an ce .   T h x   an d   w   ter m i n als  ar v o ltag e   o u tp u w h ic h   h a v e   lo w   i m p ed a n ce .   T er m i n al  r elat io n s h ip s   o f   L T 1 2 2 8   ca n   b s h o w n   in   h y b r id   m atr i x   f o r m   g i v en   in   ( 1 ) .     0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 000 0 0 1 0 0 0 0 0 0 V V yy mm xx T ww IV IV IV gg VI R VI             ( 1 )     w h er e   R T   is   th i n ter n al  tr a n s   r esis ta n ce   g ai n   a n d   it  i s   in f i n it y   i n   an   id ea ca s e .   T h L T 1 2 2 8 s   g m   is   co n tr o lled   elec tr o n icall y   v ia  e x ter n al  D C   b ias cu r r en t ( I B )   as  ( 2 ) :     / 3 . 8 7 m B T g I V   ( 2 )     w h er V T   is   th er m al  v o lta g e.   As  d ef i n ed   i n   ( 1 ) ,   th L T 1 2 2 8   ch ar ac ter is tics   ca n   b r ep r esen ted   as   eq u i v ale n t   s ch e m i n   Fi g u r 1 ( b ) .   T h p in   co n n ec tio n   o f   L T 1 2 2 8   is   illu s tr ated   in   Fi g u r 1 ( c) .     2 . 2   F irst  pro po s ed  v o lt a g e - m o de  un iv er s a l   bi qu a d   f ilte r   us ing   t w o   L T 1 2 28 s   T h p r o p o s ed   b iq u ad   f ilter s   in   Fi g u r e   2   ar s y n th e s ized   f r o m   t w o   lo o p   in te g r ato r s .   F ig u r 2 ( a)   illu s tr ates  th f ir s p r o p o s ed   u n i v er s al   v o ltag e - m o d s ec o n d   o r d er   f ilter   co m p r is ed   o f   t w o   L T 1 2 2 8 s ,   tw o   g r o u n d ed   ca p ac ito r s   an d   f i v r esis to r s .   T h f ir s lo s s less   in t eg r ato r   is   co n s tr u cted   f r o m   t h ca p ac ito r   C 1   an d   f ir s t   L T 1 2 2 8   w h ile,   t h s ec o n d   lo s s less   i n te g r ato r   is   r ea li ze d   f r o m   ca p ac ito r   C 2   a n d   s e co n d   L T 1 2 2 8 .   T h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 2 1   :   2 9 6 2   -   2973   2964   r esis to r s   R 1 R 2 R 3   a n d   f ir s L T 1 2 2 8   a r co n s tr u cted   as  v o lt ag s u m m in g   cir c u i t.  F in al l y ,   th r esi s to r s   R 4 R 5   an d   s ec o n d   L T 1 2 2 8   ar co n s tr u cted   as  v o lta g a m p li f ier .   T h in p u v o ltag ( V in )   is   ap p lied   at  th v o lta g e   s u m m i n g   cir c u it  w h ile,   th h ig h - p ass   ( HP )   f ilter i n g   v o lt ag n o d ( V HP 1 )   is   at  t h o u tp u o f   t h v o lta g e   s u m m i n g ,   t h lo w - p as s   ( L P )   f ilter in g   v o ltag n o d ( V LP 1 )   is   at  th o u tp u o f   f ir s in te g r ato r   an d   t h b an d - p a s s   ( B P)  f ilter in g   v o ltag n o d ( V BP 1 )   i s   at  t h o u tp u o f   v o lta g e   a m p li f ier W ith   t h is   s c h e m e,   th r ee   s ec o n d   o r d er   f ilter i n g   f u n ct io n s   ar s i m u lta n eo u s l y   g i v en   w it h o u ch a n g i n g   t h f ilter in g   co n s tr u ct io n .   Mo r eo v er ,   it   is   f o u n d   th at  t h lo w   o u tp u t i m p ed an ce   at   o u tp u t v o lta g n o d es   V HP 1   an d   V BP 1   r esp o n s e s   i s   ac h ie v e d .       + w - +   L T 1 2 2 8 I w V x I x V y I y V + V - I B y x I V+ I V - V w   I B V + V - 1 1 g m (V +   -   V - ) I x R T x y L T 1 2 2 8 w   ( a)   ( b )     8 7 6 5 4 2 1 3 y V - V + - V EE +V CC x w + - - + g m I B   ( c)     Fig u r 1 .   L T 1 2 2 8 ,   ( a)   Sy m b o l ic  d iag r a m ,   ( b )   R ep r esen tatio n ,   ( c)   P in   co n n ec tio n       1228 LT 2 R 1228 LT 1 R 1 BP V 1 HP V 3 R 1 C 2 C in V 1 LP V y x w x 5 R 4 R y w 1 2 ( a)   1228 LT 2 R 1228 LT 1 R 3 R 1 C 2 C in V y x w x 5 R 4 R y w 1 2 2 HP V 2 LP V 2 BP V ( b )     Fig u r 2 .   T h p r o p o s ed   u n iv er s al  f il ter s ( a)   First f i lter ,   ( b )   S ec o n d   f ilter       I f   R 1   =   R 2   =   R 3 ,   th e   v o ltag e   tr a n s f er   f u n ctio n s   ( T F)  ar ex p r e s s ed   as   ( 3 ) :     2 1 2 1 2 2 2 1 2 3 HP m m m in V s K g g g V ss C C C  12 1 1 2 2 1 2 2 2 1 2 3 mm LP m m m in gg V C C K g g g V ss C C C  2 12 2 1 2 2 2 1 2 3 m BP m m m in sK g VC K g g g V ss C C C    ( 3 )     w h er 45 1/ K R R  Fro m   ( 3 ) ,   th u n it y   p a s s b an d   v o lta g g ain   f o r   h i g h - p ass   an d   b an d - p ass   f u n ctio n s ,   t h e   o n e - t h ir d   p ass b an d   v o lta g g a in   f o r   lo w - p a s s   f u n ctio n   ar o b tain ed .   A l s o   f r o m   t h e m ,   th h ig h - p ass   a n d   b an d - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       On in p u t v o lta g a n d   th r ee   o u tp u t v o lta g u n ivers a l b iq u a d   filt ers   w it h   o r th o g o n a . . .   ( Ma P h u   P w in t W a i)   2965   p ass   f u n ctio n s   ar in v er ti n g ,   w h ile  t h lo w - p a s s   f u n ct io n   i s   n o n - i n v er ti n g .   T h n at u r al  f r eq eu n c y   ( ω 01 )   o f   th e   f ir s f ilter   as  w el l a s   t h q u alit y   f ac to r   ( Q 1 )   ar o b tain ed   as  ( 4 )     12 01 12 3 mm gg CC   an d   12 1 21 3 1 m m gC Q K g C   ( 4)     Su b s ti tu t in g   t h tr a n s co n d u cta n ce s   g m1   a n d   g m2   in   f u n ctio n   o f   I B1   a n d   I B2   as  ap p ea r ed   in   ( 2 )   in to   ( 4 ) ,   th ω 01   an d   Q 1   o f   th f ir s t p r o p o s ed   cir cu it a r as  ( 5 ) :     12 01 12 3 1 3 .8 7 BB T II V C C   an d   5 12 1 4 5 2 1 3 B B R IC Q R R I C   ( 5 )     Fro m   ( 5 ) ,   it  ca n   b r e m ar k ed   th at  ω 01   ca n   b elec tr o n icall y   co n tr o lled   b y   I B1   an d   I B2 .   Mo r eo v er ,   th e   Q 1   ca n   b alter ed   w it h o u af f e ctin g   ω b y   ch an g i n g   t h v al u o f   R ( as  s tated   in   d ata   s h ee o f   L T 1 2 2 8   [ 1 0 ] ,   R 4   s h o u ld   n o b ad j u s ted   to   k ee p   th co n s tan b an d w id t h . ) .   Oth er   ad v an ta g es  f o r   tu n in g   f i lt er   p ar am eter   ca n   b ac h iev ed   b y   s i m u lta n eo u s l y   a d j u s tin g   I B1 = I B2 = I B   ( th is   f ea t u r is   ea s il y   i m p le m e n ted   b y   u s in g   m icr o co n tr o ller   o r   m icr o co m p u ter )   an d   s etti n g   C 1 = C 2 = C .   T h en   f i lter in g   p ar am eter s   i n   ( 5 )   b ec o m es     01 3 3 . 8 7 B T I VC   an d   5 1 45 3 R Q RR   ( 6 )     I ca n   b r e m ar k ed   f r o m   ( 6 )   th at  ω 01   an d   Q 1   ar in d ep en d e n tl y   co n tr o lled .   Mo r eo v er ,   th e   ω 01 ca n   b e   lin ea r l y   a n d   elec tr o n icall y   ad ju s ted .   A ls o ,   th co n tr o o f   ω 01   an d   Q d o esn af f ec t h p as s b an d   v o lta g g ai n   f o r   all  f ilter i n g   r esp o n s es.     2 . 3 .     Seco nd   pro po s ed  v o lt a g e - m o de  u niv er s a l   biq ua d   f ilte u s ing   t w o   L T 1 2 2 8 s   T h s ec o n d   p r o p o s ed   b iq u ad   f ilter   is   also   s y n t h esized   f r o m   t w o   lo o p   i n teg r ato r s   as  e x p lai n ed   ab o v e.   Fig u r 2 ( b )   illu s tr ates  th s c h e m o f   t h e   s ec o n d   p r o p o s ed   f ilter .   I is   co m p r is ed   o f   t w o   L T 1 2 2 8 s ,   f iv e   r esis to r s ,   t w o   g r o u n d ed   ca p ac ito r s   w h ic h   is   s a m to   f ir s t   p r o p o s ed   f ilter .   T h f ir s lo s s les s   i n te g r ato r   is   co n s tr u cted   f r o m   t h ca p ac it o r   C 1   an d   f ir s L T 1 2 2 8   w h il e,   th s ec o n d   lo s s les s   in te g r ato r   is   r ea lized   f r o m   ca p ac ito r   C 2   an d   s ec o n d   L T 1 2 2 8 .   T h r esis to r s   R 1 R 2 R 3   an d   s ec o n d   L T 1 2 2 8   ar co n s tr u cted   as  v o lta g s u m m i n g   c ir cu it.  Fin al l y ,   t h r esis to r s   R 4 R 5   a n d   f ir s L T 1 2 2 8   ar co n s tr u cted   as  v o lta g a m p li f ier .   T h in p u t   v o ltag ( V in )   is   ap p lied   at  th v o ltag s u m m i n g   cir c u it  w h ile ,   th h i g h - p as s   ( HP )   f ilter in g   v o ltag n o d ( V HP 2 is   at  th o u tp u t   o f   th e   v o lta g s u m m i n g ,   th e   lo w - p as s   ( L P )   f i lter in g   v o ltag n o d ( V L P 2 )   is   a t th e   o u tp u t o f   f ir s t   in te g r ato r   an d   th b an d - p ass   ( B P )   f ilter in g   v o ltag n o d ( V BP 2 )   i s   at  t h o u tp u o f   v o ltag a m p li f ier W ith   t h i s   s ch e m e,   t h r ee   s ec o n d   o r d er   f ilter i n g   f u n ctio n s   ar s i m u lt an eo u s l y   g i v en   w it h o u c h a n g in g   t h f ilter i n g   s ch e m e.   Mo r eo v er ,   it   i s   f o u n d   th at  t h lo w   o u tp u i m p ed a n c at   o u tp u t   v o lta g n o d es   V L P 2   an d   V BP 2   r esp o n s e s   is   ac h ie v ed .   I f   R 1   =   R 2   =   R 3 ,   th e   v o ltag e   tr a n s f er   f u n c tio n s   ( T F)  ar ex p r ess ed   as  ( 7 ) .     2 2 1 1 2 2 1 1 2 3 33 HP m m m in s V Kg g g V ss C C C  12 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 3 33 mm LP m m m in gg V C C Kg g g V ss C C C  1 21 1 1 2 2 1 1 2 3 33 m BP m m m in sKg VC Kg g g V ss C C C    ( 7 )     w h er = 1 + ( 4 / 5 ) Fro m   ( 7 ) ,   th u n it y   p ass b an d   v o ltag g ai n   f o r   lo w - p ass   an d   b an d - p ass   f u n c tio n s ,   th o n e - th ir d   p ass b an d   v o ltag g ain   f o r   h ig h - p ass   f u n ctio n   ar o b tain ed .   A ls o   f r o m   t h e m ,   th lo w - p ass   a n d   b an d - p ass   f u n ctio n s   ar in v er t in g ,   w h ile  th h ig h - p ass   f u n ct io n   is   n o n - i n v er ti n g .   T h n atu r al  f r eq eu n c y   ( ω 02 o f   th s ec o n d   f ilter   as  w e ll   as t h q u alit y   f ac to r   ( Q 2 )   ar o b tain ed   as  ( 8 ) .       12 02 12 3 mm gg CC    an d     21 2 12 3 1 m m gC Q K g C   ( 8 )     Su b s ti tu t in g   t h tr an s co n d u ct an ce s   g m1   an d   g m2   in   f u n cti o n   o f   th b ias  c u r r en ts ,   I B1   an d   I B2   as   ap p ea r ed   in to   ( 2 )   in to   ( 8 ) ,   th ω 02   an d   Q 2   o f   th s ec o n d   p r o p o s ed   cir cu it a r as  ( 9 ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 2 1   :   2 9 6 2   -   2973   2966   12 02 12 1 3 . 8 7 3 BB T II V C C    an d     5 21 2 4 5 1 2 3 B B R IC Q R R I C   ( 9 )     Fro m   ( 9 ) ,   it  is   f o u n d   t h at  ω 02   ca n   b elec tr o n ical l y   co n tr o lled   b y   I B1   a n d   I B2 .   Mo r eo v er ,   th Q 2   ca n   b e   alter ed   w it h o u a f f ec ti n g   ω b y   ch a n g in g   t h v al u o f   R 5 .   O th er   ad v an tag f o r   tu n in g   f ilte r   p ar am eter   ca n   b e   ac h iev ed   b y   s i m u lta n eo u s l y   ad j u s tin g   I B1   I B2   I B   ( th is   f ea t u r is   ea s il y   i m p l e m en ted   b y   u s i n g   m icr o co n tr o ller   o r   m icr o co m p u ter )   an d   s etti n g   C 1   C 2   C .   T h en   f ilter i n g   p ar a m eter s   i n   ( 9 )   b ec o m es ;     02 1 3 . 8 7 3 B T I VC   an d   5 2 45 3 R Q RR   ( 1 0 )     I ca n   b n o ted   f r o m   ( 1 0 )   th at  ω 02   an d   Q 2   ar in d ep en d en tl y   tu n ed .   Mo r eo v er ,   th ω 02  is   lin ea r l y   a n d   elec tr o n icall y   tu n ed .   A ls o ,   th co n tr o o f   ω 02   an d   Q d o es   no a f f ec th p as s b an d   g a in   f o r   all  f ilter i n g   r esp o n s es.       3.   P ARASI T I E F F E C T S   I n   g en u in ap p licatio n ,   th i m p ac ts   o f   p ar asit ic  co m p o n e n ts   i n   L T 1 2 2 8   ar e   n o ig n o r ab le   th at  it  m i g h i n f lu e n ce   t h p er f o r m a n ce   o f   th p r o p o s ed   f ilter s .   So ,   th p ar asit ic  elem e n t s   ap p ea r ed   at  all  ter m in al s   o f   L T 1 2 2 8   w ill   b co n s id er ed .   T h ese  p ar asit ic  ele m e n ts   a r as  f o llo w s :   R -   a n d   C -   ap p ea r   in   p ar allel   at  V -   ter m i n al  to   g r o u n d R +   a n d   C +   ap p ea r   in   p ar allel  at  V +   ter m i n al  to   g r o u n d R y   an d   C y   a p p ea r   in   p a r allel  at  y   ter m i n al  to   g r o u n d R x   ap p ea r s   in   s eir es  a x   ter m in a l;  R w   ap p ea r s   in   s e ir es  at  w   ter m i n al  a n d   th e   in ter n al   tr an s r esi s ta n ce   g a in   is   co n s id er ed   as  R T // C T A s   s tated   i n   d ata  s h ee o f   L T 1 2 2 8   [ 1 0 ] ,   th f ee d b ac k   r es is to r s   ( R 1 R 4   in   f ir s t   f ilter   a n d   R 4   i n   s ec o n d   f ilter )   f r o m   w   to   x   ter m i n al  i n   s u m m i n g   an d   a m p li f i er   cir cu its   s h o u ld   b e   lo w   to   r ed u ce   t h e f f ec o f   C T   a n d   R T   a n d   to   g et   h i g h e r   o p er atin g   f r eq u e n c y .   A l s o ,   if   t h o p er atio n al   f r eq u en c y   o f   th p r o p o s ed   f ilt er s   is   ex p ec ted   l o w er   th a n   1 0   MH z,   th m o s t e f f ec s te m s   f r o m   R - ,   C - ,   R + C +,   R y   an d   C y   ( th ef f ec o f   R x ,   R w R T   an d   C T   is   ig n o r e) .   I n   co n s id er atio n   o f   t h ese  p ar asit ic   ele m en t s ,   th t h r ee   v o ltag tr a n s f er   f u n ctio n s   ( V H P 1 V L P 1   a n d   V BP1 )   o f   th f ir s p r esen ted   b iq u ad   f ilter   r ea lize d   in   Fi g u r e   2 ( a)   ar e   o b tain ed   as   ( 1 1 ) .     * * * 1 1 2 1 1 2 2 * * * * * 1 2 1 2 1 * () y y y HP in G C G C G G ss C C C C V V Ds     12 * * * 1 1 2 * () mm LP in gg V C C V Ds 21 2 * * * * 1 1 2 2 * () my m BP in Kg G gK s V C C C V Ds    ( 1 1 )     w h er e     * * * * * 1 2 2 1 2 1 1 2 1 2 2 1 *2 * * * * 1 2 1 2 3 () y m y m m m y G C G C K g C G G g g K g G D s s s C C C C       ( 1 2 )     * 1 1 1 y C C C  * 2 2 2 1 y C C C C 1 1 1 y y G R   an d   * 2 21 11 y G RR  Fro m   ( 1 2 ) ,   th n o n - id ea   n atu r al  f r eq eu n c y   a n d   q u alit y   f ac to r   o f   th f ir s t p r o p o s ed   f ilt er   b ec o m e ;     * 1 2 1 2 2 1 * 01 ** 12 3 y m m m y G G g g K g G CC    an d   * * * 1 2 1 2 1 2 2 1 * 1 * * * * 1 2 2 1 2 1 3 y m m m y ym C C G G g g K g G Q G C G C K g C     ( 1 3 )     I n   co n s id er atio n   o f   th e s p ar as it ic  ele m en t s ,   t h t h r ee   v o ltag e   tr an s f er   f u n ctio n s   ( V H P 2 V L P2   an d   V B P 2 o f   th s ec o n d   p r esen ted   b iq u ad   f ilter   r ea lized   in   Fi g u r 2 ( b )   ar o b tain ed   as   ( 1 4 ) .     * * * * * * * * 2 1 2 2 1 1 2 * * * * * * * * * 1 2 1 2 2 ** 3 33 () yy HP in G C G C G G s s C C C C V V Ds      12 * * * * * 2 1 2 ** 3 () mm LP in gg V C C V Ds 12 1 * * * * * * * 2 1 2 1 ** 33 () my m BP in Kg G Kg s V C C C V Ds    ( 1 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       On in p u t v o lta g a n d   th r ee   o u tp u t v o lta g u n ivers a l b iq u a d   filt ers   w it h   o r th o g o n a . . .   ( Ma P h u   P w in t W a i)   2967   w h er e     * * * * * * * * ** 1 2 2 1 1 2 1 2 1 2 1 2 * * 2 * * * * * * * * 1 2 1 2 3 3 () 33 ym y m y m m G C G C K g C G G K g G g g D s s s C C C C         ( 1 5 )     ** 1 1 1 2 y C C C C ** 2 2 2 y C C C  ** 1 12 11 y G RR    an d   2 2 1 y y G R Fro m   ( 1 5 ) ,   th non - id ea l   n atu r al  f r eq eu n c y   a n d   q u alit y   f ac to r   o f   th s ec o n d   p r o p o s ed   f ilter   b ec o m e ;     ** 1 2 1 2 1 2 * 02 * * * * 12 3 3 y m y m m G G K g G g g CC    an d   * * * * * * 1 2 1 2 1 2 1 2 * 2 * * * * * * * * 1 2 2 1 1 2 3 ( 3 ) 3 ( ) y m m m y ym C C G G g g K g G Q G C G C K g C     ( 1 6 )       4.   SI M UL AT I O R E S UL T S   T o   co n f ir m   t h th eo r etica ab ilit y   o f   th e   f ilter in g   d esig n ,   th f u n c tio n ali t y   o f   th e   p r esen t ed   cir cu it s   illu s tr ated   in   Fi g u r e   2   w a s   test ed   b y   u s i n g   P SP I C E .   T h s u p p l y   v o lta g es  w er V CC = - V EE = 5   V.   Fo r   th f ir s t   p r o p o s ed   f ilter ,   t h b ias   cu r r e n w a s   s et  to   I B1 = I B2 =1 2 3 . 5   μ A .   T h v al u es   o f   p as s i v co m p o n en w er s elec ted   as  R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R 5 = 1   k Ω ,   C 1 =1   n an d   C 2 =1 0   n F.   U s in g   ab o v m e n tio n ed   d ev ice  v al u es,  t h ca lcu late d   n atu r al  f r eq u e n c y   a n d   q u alit y   f ac to r   f r o m   ( 5 )   is   o b tain ed   as  f 01 =1 0 7 . 6 6   k Hz,   Q 1 2 . 7 3 .   T h s i m u latio n   r es u lt s   ar o b tain ed   as  f 01 =1 0 5 . 6 8 2   k Hz,   Q 1 =2 . 8 2 .   T h d ev iatio n   o f   th t h eo r etica an d   s i m u la te d   f 01   is   1 . 8 4 %,  Q 1   is   3 . 2 9 %.  T h er e   s im u lated   f ilter i n g   r esp o n s es  of   th f ir s p r ese n ted   v er s atile  s ec o n d   o r d er   f ilt er   ar illu s tr ated   in   Fig u r 3 .   T h h ig h - p ass   f ilter i n g   r e s p o n s w it h   d i f f er en v al u es  o f   r esis to r   R ( R 1 = R 2 = R 3 = R )   in   s i m m i n g   c ir cu i t   o f   th f ir s p r ese n ted   b iq u ad   f ilter   is   i llu s tr ated   in   Fig u r 4 .   I n   th is   s i m u lat io n ,   th v al u es  o f   R   w er s et  to     0 . 2   k Ω ,   0 . 6   k Ω   an d   5   k Ω .   I i s   f o u n d   th at  w i th   lo w   v al u o f   th f ee d b ac k   r esi s to r   ( R ) ,   th b an d w id t h   o f   t h e   p r o p o s ed   f ilter   is   h i g h er   th a n   t h b an d w id th   at  h i g h   v al u o f   R   as e x p ec ted   in   s ec tio n   o f   p ar asit ic  ef f ec t.        G a i n   ( d B )                       F r e q u e n c y   ( H z ) 1 . 0 k   1 0 k   1 0 0 k   1 . 0 M   1 0 M   - 1 0 0 - 50 0 20 H P   LP   B P                           F r e q u e n c y   ( H z ) 1 . 0 k 1 0 k 1 0 0 k 1 . 0 M 1 0 M 1 0 0 M 1 . 0 G - 1 0 0 - 50 0 20 G a i n   ( d B ) R = 0 . 2 k Ω  R = 0 . 6 k Ω  R = 5 k Ω    Fig u r 3 .   T h   s i m u la tio n   o f   g ai n   r esp o n s o f   t h p r esen ted   v er s atile  f ilter   i n   Fi g u r e   2 ( a)   Fig u r 4 .   Hig h - p as s   r esp o n s o f   th f ilter   i n   Fi g u r e   2 ( a)   w it h   d i f f er e n t v a lu e s   o f   R ( R 1 = R 2 = R 3 = R )       Fig u r 5   co n f ir m s   t h at  Q 1   ca n   b co n tr o lled   b y   v ar y i n g   t h v alu o f   r esi s tan ce   R 5   w i th o u t   af f ec tin g   f o1  as  ex p ec ted   in   ( 7 ) ,   w h er R 5   is   ass i g n ed   to   0 . 2   k ,   0 . 6   k ,   5   k .   T h elec tr o n ic  tu n o f   th n a tu r a l   f r e q u en c y   b y   s i m u lta n eo u s l y   ch an g i n g   I B1   an d   I B2 ( I B1 = I B2 = I B )   is   s h o w n   i n   Fi g u r 6   w h er e   v alu o f   I B   w as  s et   to   6 0   µA ,   1 2 0   µA   a n d   2 4 0   µA .   T h n at u r al  f r eq u en c y   tu n ed   f r o m   t h ese  b ias   cu r r en ts   ar lo ca ted   at    5 7 . 2 8   k Hz,   1 0 2 . 8 0   k Hz  an d   2 0 5 . 5 9   k Hz.   T h r esu lt  in   Fig u r 6   in d icate s   th at  th n atu r al   f r eq u en c y   ca n   b e   lin ea r l y   a n d   elec tr o n icall y   t u n ed   b y   th I B   w it h   co n s ta n v alu o f   t h Q 1   as  e x p ec ted   in   ( 8 ) .   T h s ec o n d   p r o p o s ed   f ilter   w a s   al s o   s i m u lated   w ith   t h s a m v o lta g s u p p lie s   a n d   r esis tan ce   v al u es   o f   t h f ir s t   f ilter .   Oth er   ele m e n ts   w er s et   as  f o llo w s I B1 = I B2 =3 5 0   μ A   an d   C 1 =1 0   n F,  C 2 =1   n F.   Usi n g   th e s m en t io n ed   co m p o n e n t   v a lu e s ,   t h t h eo r etica f 02   a n d   Q 2   f r o m   ( 1 3 )   ar g iv en   as   f 02 =1 0 1 . 7 0   k Hz,   Q 2 =2 . 7 3 .   T h s i m u latio n   r esu lt s   ar o b tain ed   as  f 02 = 9 9 . 7 7   k Hz,   Q 2 =2 . 8 8 .   T h d ev iati o n   o f   t h t h eo r etica an d   s i m u lated   f 02   is   1 . 8 9 %   an d   Q 2   is   5 . 4 9 %.   T h s i m u l ated   th r ee   f ilter i n g   r esp o n s e s   ar s h o w n   i n   Fi g u r 7 .   T h e   r esu lt  i n   Fi g u r 8   co n f ir m s   th a Q 2   ca n   b e   co n t r o lled   b y   v ar y in g   th e   v al u o f   r esi s ta n ce   R 5   w it h o u a f f ec ti n g   f 02 ,   w h er R 5   i s   ass i g n ed   to   0 . 2   k ,   0 . 6   k ,   5   k .   I is   o b s er v ed   th at  Q 2   ca n   b co n tr o lled   w it h o u af f ec t in g   th f 02 .   I i s   th e   f ac t h at   th e   B J T   O T A   h a s   l in ea r   r an g e   w h e n   th e   in p u a m p litu d i s   b elo w   5 0   m V.   T o   p r o v t h li n ea r it y   o f   p r esen ted   u n iv er s a b iq u ad   f ilt er s ,   th p lo o f   p er ce n o f   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD)   v er s u s   i n p u v o ltag e   a m p lit u d f o r   b an d - p as s   r esp o n s is   i llu s tr ated   in   Fi g u r 9 .   B o th   p r esen ted   f ilter s   w er d es ig n ed   to   ac h iev e   th n at u r al  f r eq u e n c y   o f   1 0 0   k Hz.   I ca n   b s ee n   f r o m   Fi g u r e   9   th at  th lin ea r it y   o f   th e   s ec o n d   p r esen ted   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 2 1   :   2 9 6 2   -   2973   2968   v o ltag e - m o d b iq u ad   f ilter   i s   s u p er io r   to   th f ir s p r esen ted   b iq u ad   f ilter .   I i s   s ee n   f r o m   Fi g u r e s   2 ( a)   an d   2 ( b )   th at  t h b an d - p as s   r esp o n s e s   o f   b o th   p r o p o s ed   f ilter s   ar at  th o u tp u o f   t h lo s s le s s   i n te g r ato r s   w h ic h   h av e   th h i g h - p ass   r esp o n s e   as  i n p u v o ltag e.   T h s ec o n d   p r ese n ted   f ilter s   h i g h - p ass   v o lta g g ai n   is   o n t h ir d   w h ile  t h f ir s t   p r esen ted   f ilte r s   h i g h - p ass   v o lta g g ai n   is   u n it y   s o   t h is   v al u o f   V HP1   ca u s e s   t h h i g h er   d is to r tio n   th a n   V HP2   at  ab o v 5 0   m o f   t h i n p u v o ltag s ig n al         G a i n   ( d B )                       F r e q u e n c y   ( H z ) 1 . 0 k   1 0 k   1 0 0 k   1 . 0 M   1 0 M   - 60 - 40 - 20 0 20 R 5 = 0 . 2 k Ω  R 5 = 0 . 6 k Ω  R 5 = 5 k Ω    G a i n   ( d B )                       F r e q u e n c y   ( H z ) 1 . 0 k   1 0 k 1 0 0 k   1 . 0 M   1 0 M   - 60 - 40 - 20 0 20 I B = 6 0 µ A   I B = 1 2 0 µ A   I B = 2 4 0 µ A       Fig u r 5 .   T h B P   g ai n   r esp o n s o f   th f ilter   in     Fig u r e   2 ( a)   w it h   d if f er en v al u es o f   R 5     Fig u r 6 .   T h B P   g ain   r esp o n s o f   th f ilter   in     Fig u r e   2 ( a)   w it h   d if f er en v al u es o f   I B ( I B1 = I B2 = I B )                             F r e q u e n c y   ( H z ) 1 . 0 k   1 0 k   1 0 0 k   1 . 0 M   1 0 M   - 1 0 0 - 50 0 20 LP   H P   B P   G a i n   ( d B )                         F r e q u e n c y   ( H z ) 1 . 0 k   1 0 k   1 0 0 k   1 . 0 M   1 0 M   - 60 - 40 - 20 0 20 R 5 = 0 . 2 k Ω  R 5 = 0 . 6 k Ω  R 5 = 5 k Ω  G a i n   ( d B )     Fig u r 7 .   T h s i m u la tio n   o f   g a in   r esp o n s o f   th pr esen ted   v er s atile  f ilter   i n   Fi g u r 2 ( b )     Fig u r 8 .   T h g ain   r esp o n s o f   th f i lter   in     Fig u r 2 ( b )   w i th   d i f f er e n t v a lu es o f   R 5       V in  ( m V p ) 0 20 40 60 80 100 T H D   ( %) 0 1 2 3 4 5 6 7 Fi g.   2( a)   Fi g.   2( b)       Fig u r 9 .   T h p er ce n T HD  ag ain s t i n p u m a g n it u d e       5.   E XP E R I M E NT A L   RE SUL T S   T o   ass ess   th e   ex h ib itio n s   o f   t h p r esen ted   u n i v er s al  f ilter s   in   F ig u r 2 ,   th e x p er i m en t s   w er al s o   test ed   b y   u ti lizi n g   t w o   L T 1 2 2 8 s .   A n   ex p er i m en ta s e tu p   w a s   m ad b y   tak i n g   V CC = - V EE =5   u s in g   GW   I n s te k   GP S - 3 3 0 3   p o w er   s u p p l y ,   R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R 5 =1     f o r   b o th   f ilter s ,   C 1 =1   n F,  C 2 =1 0   n F,   I B1 = I B2 =1 2 3 . 5   μ A   f o r   f ir s t   p r esen ted   f ilter   an d   C 1 = 1 0   n F,  C 2 =1   n F,   I B1 = I B2 = 365   μ f o r   s ec o n d   f ilter .   T h p l o o f   e x p er i m e n tal  m ag n it u d r esp o n s ( m ea s u r e d   f r o m   Ke y s ig h D SOX1 1 0 2 o s cillo s co p e)   o f   t h f ir s a n d   s ec o n d   p r ese n ted   f ilter s   i s   s h o w n   i n   Fi g u r e s   1 0 ( a)   an d   10 ( b ) ,   r esp ec tiv el y .   I i s   f o u n d   th at  t h ex p er i m en tal  n atu r al  f r eq u e n cies   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       On in p u t v o lta g a n d   th r ee   o u tp u t v o lta g u n ivers a l b iq u a d   filt ers   w it h   o r th o g o n a . . .   ( Ma P h u   P w in t W a i)   2969   o f   th e   f ir s a n d   s ec o n d   p r o p o s ed   f il ter s   ar f 01 1 1 4   k Hz  an d   f 02 1 0 9   k Hz,   r esp ec tiv el y .   Fig u r 1 1   co n f ir m s   th at  Q 1   an d   Q 2   ca n   b co n t r o ll ed   b y   v ar y in g   th v al u o f   r es is tan ce   R 5   w it h o u a f f ec t in g   f o as  ex p ec ted   i n   ( 5 )   an d   ( 9 ) ,   w h er R 5   is   a s s i g n ed   to   0 . 4 7   k ,   1   k ,   3   k .   T h elec tr o n ic  t u n o f   th n at u r al  f r eq u e n c y ,   f 01   b y   s i m u lta n eo u s l y   ch a n g i n g   I B1   a n d   I B2   ( I B1   I B2   I B )   f o r   th f ir s p r esen ted   u n iv er s al   b iq u a d   f ilter   is   ill u s tr ated   in   Fi g u r e   1 2 ( a)   w h er v al u e   o f   I B   w as  s et  to   6 7   µ A ,   1 2 3 . 5   µA   an d   2 4 5   µA .   T h e x p er i m e n tal  n at u r al  f r eq u en c y   t u n ed   f r o m   t h ese  b ias  cu r r en ts   ar lo ca ted   at  6 0   k Hz,   1 1 4   k Hz  an d   2 3 0   k Hz.   Fo r   th s ec o n d   p r o p o s ed   f ilter ,   t h e lectr o n ic  tu n e   o f   th e   n at u r al  f r eq u en c y ,   f 02   b y   s i m u l tan eo u s l y   ch a n g in g   I B1   an d   I B2 ( I B1 = I B2 = I B )   is   s h o w n   i n   F i g u r e   1 2 ( b )   w h er v al u o f   I B   w a s   s et  to   1 8 4   µA ,   3 6 5   µA   an d   7 2 2   µA .   T h e   ex p er i m e n tal  n at u r al  f r eq u e n c y   t u n ed   f r o m   t h es e   b ias  c u r r en ts   ar lo ca ted   at  5 5   k Hz,   1 1 4   k Hz   a n d   2 2 0   k Hz.   T h r esu lt  in   Fi g u r e   1 2   in d icate s   th at  t h n at u r al  f r eq u e n c y   o f   b o th   p r o p o s ed   f ilter s   ca n   b lin ea r l y   a n d   elec tr o n icall y   t u n ed   b y   t h b ias  cu r r en w it h o u a f f ec tin g   t h q u alit y   f ac to r   as  ex p ec ted   in   ( 6 )   an d   ( 1 0 ) .   T h m ea s u r e m e n o f   th b a n d - p as s   r esp o n s f o r   th f ir s p r ese n ted   v er s at ile  s ec o n d   o r d er   f i lter   is   ill u s tr ated   in   Fig u r e   1 3 ,   w h er t h 5 0   mV p - p   s i n w a v s ig n al s   w it h   f r eq u en cie s ,   1 0   k Hz,   1 1 5   k Hz  a n d   1   MH w as  in p u t   s ig n al.   T h co m p ar i s o n   o f   p r o p o s ed   u n i v er s al   b iq u ad   f ilter   an d   o t h er   v o lta g e - m o d SIM f ilter i n g   co n f i g u r atio n s   i s   s h o w n   i n   T ab le  1   ( s ee   in   A p p en d i x ) .   I is   f o u n d   f r o m   T ab le  1   th at  w ith   t w o   co m m er ciall y   av ailab le  I C s   w it h   g r o u n d ed   ca p ac ito r s ,   th 0   o f   p r o p o s e d   f ilter s   ca n   b elec tr o n icall y   tu n ed .   A l s o ,   b o th   f ilter s   ca n   p r o v id o r th o g o n al   co n tr o ω 0   an d   Q .   A d d itio n al l y ,   th co n s ta n p ass b a n d   g ai n   d u r in g   t u n in g   ω 0   an d   Q   f o r   all  r esp o n s es i s   ac h i ev ed .       F r eq ue nc y  ( k H z ) 1 10 100 1000 10000 G ai n ( dB ) -80 -60 -40 -20 0 20 T h e o ret i ca l LP HP BP   ( a)   F r eq ue nc y  ( k H z ) 1 10 100 1000 10000 G ai n ( dB ) -80 -60 -40 -20 0 20 T h e o ret i ca l LP HP BP   ( b )     Fig u r 1 0 .   T h th eo r etica l a n d   ex p er i m e n tal  f r eq u en c y   r esp o n s o f   t h p r o p o s ed   f ilter s ;   ( a)   Fig u r e   2 ( a)   ( b )   Fig u r e   2 ( b )       F r eq ue nc y  ( k H z ) 1 10 100 1000 10000 G ai n ( dB ) -60 -40 -20 0 20 T h e o ret i ca l R 5 = 0 . 4 7 k R 5 = 1 k R 5 = 3 k   ( a)   F r eq ue nc y  ( k H z ) 1 10 100 1000 10000 G ai n ( dB ) -60 -40 -20 0 20 T h e o ret i ca l R 5 = 0 . 4 7 k R 5 = 1 k R 5 = 3 k   ( b )     Fig u r 1 1 .   T h ex p er i m e n tal  B P   g ain   r esp o n s o f   t h p r o p o s ed   f ilter s   w i th   d i f f er e n v alu e s   o f   R 5 ;     ( a)   Fig u r e   2 ( a) ( b )   Fig u r e   2 ( b )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 2 1   :   2 9 6 2   -   2973   2970   F r eq ue nc y  ( k H z ) 1 10 100 1000 10000 G ai n ( dB ) -60 -40 -20 0 20 T h e o ret i ca l I B = 6 7 u A I B = 1 2 3 . 5 u A I B = 2 4 5 u A   ( a)   F r eq ue nc y  ( k H z ) 1 10 100 1000 10000 G ai n ( dB ) -60 -40 -20 0 20 T h e o ret i ca l I B = 1 8 4 u A I B = 3 6 5 u A I B = 7 2 2 u A   ( b )     Fig u r 1 2 .   T h ex p er i m e n tal  B P   g ain   r esp o n s o f   t h p r o p o s ed   f ilter s   w i th   d i f f er e n v alu e s   o f   I B   ( a)   Fig u r e   2 ( a) ( b )   Fig u r e   2 ( b )         ( a)     ( b )       ( c)     Fig u r 1 3 .   T h m ea s u r e m e n t o f   th b a n d - p as s   r esp o n s f o r   th f ir s t p r o p o s ed   f ilter ( a)   f   1 0 k Hz,     ( b )   f   1 1 5 k Hz ( c)   f   1 MH z       6.   CO NCLU SI O N     I n   th i s   ar ticle,   th o n in p u v o ltag a n d   th r ee   o u tp u v o lt ag es  u n i v er s al  b iq u ad   f i lter s   co n s tr u cted   t w o   L T 1 2 2 8 s ,   f iv r esis to r s   an d   t w o   g r o u n d ed   ca p ac ito r s .   T h p r o p o s ed   cir cu its   ar s y n th esized   f r o m   t w o   lo o p   in teg r a to r   to p o lo g ies.   T h e y   ca n   s i m u lta n eo u s l y   p r o v id th r ee   v o lta g e - m o d b iq u a d   f ilter i n g   tr a n s f er   f u n ctio n s ,   L P ,   HP   an d   B P .   T h av ailab ilit y   o f   o r th o g o n al  ad j u s tab ilit y   o f   t h q u ali t y   f ac to r   an d   n a tu r al   f r eq u en c y   is   ac h ie v ed .   A ls o ,   t h n atr u al  f r eq u e n c y   is   elec tr o n i ca ll y   a n d   li n ea r l y   t u n ed .   T h ef f ec t o f   n o n - id ea l   p r o p er ties   o f   L T 1 2 2 8   o n   th p er f o r m a n ce s   o f   th p r es en ted   f ilter s   ar co n s id er ed   an d   s t u d ied .   T h p er f o r m a n ce s   o f   t h p r ese n te d   f ilter s   h a v b ee n   i n v esti g at ed   b y   s i m u la tio n   a n d   ex p er i m en tal  r es u lts   u s i n g   co m m er ciall y   a v ailab le  L T 1 2 2 8   w ith   5   V   s u p p l y   v o lta g es  a n d   t h r es u lt s   co n f ir m   th t h eo r etica p r o p o s itio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       On in p u t v o lta g a n d   th r ee   o u tp u t v o lta g u n ivers a l b iq u a d   filt ers   w it h   o r th o g o n a . . .   ( Ma P h u   P w in t W a i)   2971   AP P E NDI X       T ab le  1 .   C o m p ar is o n   o f   p r o p o s ed   u n i v er s al  f ilter   a n d   o th er   v o ltag e - m o d SIM f ilter in g   c o n f i g u r atio n s   R e f .   AB B   No.   of   AB B   No.   of   c o mm e r c i a l   I C s   Gr o un de C   only   F il ter ing  r e s po n s e s   No.   of   l o Z o   n o de s   Or t h o g o na l   c on t r o l   ω 0   a n Q   E l e c tr o nica l   tun e   o f   ω 0   C on s ta n pa s s ba n g a in   d ur ing   t uning  ω 0   a n Q   f o r   a ll   r e s po n s e s   E x pe r m e n ta l   r e s ult   [ 11]   VD DD A   3   6   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   2   Ye s   Ye s   Ye s   Ye s   [ 12]   VD DD A   3   6   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   3   Ye s   Ye s   Ye s   Ye s   [ 13]   VD DD A   2   -   Ye s   L P ,   HP,   B P   2   No   Ye s   Ye s   No   [ 14]   F DC C I I   1   -   No   L P ,   HP,   B P ,   BR   0   No   No   No   No   [ 15]   F DC C I I   1   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   No   No   Ye s   No   [ 16]   F DC C I I   1   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   BR   0   No   No   Ye s   No   [ 17]   F DC C I I   1   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   BR   0   Ye s   No   No   No   [ 18]   I - C B   VC I I   4   -   No   L P ,   HP,   B P   3   No   No   No   No   [ 19]   DD C C   3   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   1   No   No   Ye s   No   [ 20]   DD C C   1   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   BR   0   No   No   No   No   [ 21]   DD C C   2   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   No   No   Ye s   No   [ 22]   DD C C   3   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   No   No   Ye s   No   [ 23]   DD C C   3   -   Ye s   L P ,   HP,   B P   0   No   No   Ye s   No   [ 24]   DD C C   3   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   No   No   Ye s   No   [ 25]   DD C C   2   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   Ye s   No   No   No   [ 26]   DD C C   2   -   Ye s   L P ,   HP,   B P   0   Ye s   No   No   No   [ 27]   DD C C   DO - I C I I   1+ 1   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   BR   0   Ye s   No   Ye s   No   [ 28]   DV C C   2   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   Ye s   No   No   No   [ 29]   DV C C   1   -   No   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   No   No   No   No   [ 30]   DV C C   3   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   No   No   Ye s   No   [ 31]   DV C C   3   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   Ye s   No   Ye s   No   [ 32]   C C I I   4   4   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   Ye s   No   No   Ye s   [ 33]   C C I I   4   4   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   Ye s   No   No   Ye s   [ 34]   C C I I   4   7   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   Ye s   No   No   Ye s   [ 35]   VD - DI B A   2   4   Ye s   L P ,   HP,   B P   2   No   Ye s   Ye s   Ye s   [ 36]   I C C I I   2   -   Ye s   L P ,   HP,   B P   0   No   No   No   No   [ 37]   VD T A   2   -   Ye s   L P ,   B P   0   Ye s   Ye s   Ye s   No   [ 38]   VD T A   2   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   Ye s   Ye s   No   No   [ 39]   DD C C T A   2   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   Ye s   Ye s   No   No   [ 40]   DD C C T A   2   -   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   No   Ye s   Ye s   No   [ 41]   DD C C T A   1   -   Ye s   L P ,   HP,   B P   0   No   Ye s   Ye s   No   [ 42]   C C C C T A   1   -   No   L P ,   HP,   B P ,   BR   0   Ye s   Ye s   No   No   [ 43]   DD C C   OT A   1+ 1   -   Ye s   L P ,   HP,   B P   0   No   Ye s   Ye s   No   [ 44]   OT A   7   7   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   BR   0   Ye s   Ye s   Ye s   No   [ 45]   OT A   5   5   Ye s   L P ,   HP,   B P   0   Ye s   Ye s   Ye s   No   [ 46]   OT A   8   8   Ye s   L P ,   HP,   B P ,   B R ,   AP   0   No   Ye s   Ye s   No   [ 47]   L T 1 228   2   2   Ye s   L P ,   HP,   B P   2   No   Ye s   Ye s   Ye s   F ig ur e   2( a )   L T 1 228   2   2   Ye s   L P ,   HP,   B P   2   Ye s   Ye s   Ye s   Ye s   F igur e   2( b)   L T 1 228   2   2   Ye s   L P ,   HP,   B P   2   Ye s   Ye s   Ye s   Ye s       ACK NO WL E D G E M E NT S     T h is   w o r k s   w as s u p p o r ted   b y   Kin g   Mo n g k u t s   I n s tit u te  o f   T ec h n o lo g y   L ad k r ab an g   ( KM I T L ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.