Application of antiderivative antialiasing to MOSFET elements in wave digital filters

Research in Virtual Analog (VA) modeling has witnessed substantial growth due to recent advancements as far as both computational power and efficient algorithms are concerned, enabling thus the emulation of a bigger class of analog gear. Amongst others, Wave Digital Filters (WDFs) have emerged as a method to simulate the behavior of analog nonlinear audio circuits thanks to their efficiency and accuracy. However, the issue of aliasing distortion remains still a significant challenge, disrupting signal responses in nonlinear structures. While oversampling the input signal has been effective in reducing such a problem, it comes at the cost of increased computational demands. Antiderivative Antialiasing (ADAA) offers a promising solution by notably mitigating aliasing artifacts, even at lower oversampling factors. Initially applied to memoryless systems, this approach has been extended to stateful WDF nonlinear structures, taking into account elements such as diodes, operational amplifiers, and Bipolar Junction Transistors (BJTs). This thesis discusses the application of ADAA to a new class of nonlinear circuits, namely those circuits encompassing Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFETs), effectively suppressing aliasing artifacts in the spectra of the output signals without resorting to high oversampling factors.

La ricerca nel campo della modellazione analogica virtuale (VA) ha registrato un notevole sviluppo grazie agli avanzamenti recenti in termini di potenza computazionale e algoritmi efficienti, consentendo così l’emulazione di una più ampia gamma di dispositivi analogici. Tra gli altri, i filtri digitali a onda (WDF) sono emersi come un metodo per simulare il comportamento dei circuiti audio analogici non lineari grazie alla loro efficienza e precisione. Tuttavia, la problematica della distorsione da aliasing rimane ancora una sfida significativa, che interrompe le risposte del segnale nelle strutture non lineari. Sebbene l’oversampling del segnale di input sia stato efficace nel ridurre tale problema, comporta un aumento delle richieste computazionali. L’Antiderivative Antialiasing (ADAA) offre una soluzione promettente mitigando notevolmente gli artefatti da aliasing, anche a fattori di oversampling più bassi. Inizialmente applicato ai sistemi senza memoria, questo approccio è stato esteso alle strutture non lineari WDF stateful, considerando elementi come diodi, amplificatori operazionali e transistor bipolari a giunzione (BJT). Questa tesi discute l’applicazione di ADAA a una nuova classe di circuiti non lineari, ovvero quei circuiti che comprendono transistor a effetto di campo metallo-ossido-semiconduttore (MOSFET), sopprimendo efficacemente gli artefatti da aliasing negli spettri dei segnali di output senza ricorrere a elevati fattori di oversampling.