基于MO-OTAS和CCCII電流模式通用濾波器

1、基于MO-OTAS和CCCII電流模式通用濾波器 近些年來，電流模式電路引起了學(xué)術(shù)界的濃厚興趣，其中電流控制第二代電流傳送器(CCCII)和跨導(dǎo)運(yùn)算放大器(OTA)作為電流信號信號處理中的基本有源器件，在連續(xù)時間過濾器中得到了廣泛應(yīng)用。因而大量有關(guān)采用跨導(dǎo)運(yùn)算放大器(OTA)和電流控制第二代電流傳輸器(CCCII)構(gòu)成的電流模式濾波器的文獻(xiàn)不斷見諸報道?？?導(dǎo)運(yùn)算放大器是一種電壓控制的電流源器件，該器件電路結(jié)構(gòu)簡單，高頻性能好，很適合實現(xiàn)全集成連續(xù)時間濾波器。另外，第二代電流控制傳輸器CCCII除了 具有上述各項優(yōu)點外，尤其適合在高頻和高速信號領(lǐng)域中應(yīng)用。此外，電路中具有本質(zhì)電阻(Intrin

2、sic Re-sistance)的特點，使得由它設(shè)計的電路更具彈性。因而關(guān)于OTA與CCC相結(jié)合的電路設(shè)計也受到廣大研究人員的高度重視。在此，提出使用一個MO-CCC，兩個MO-OTAS和三個接地電容所組成的電流模式通用濾波器。該設(shè)計相對于以往的一些電路而言，不僅所有電容全部接地利于集成，而且中心頻率和品質(zhì)因數(shù)獨立可調(diào)。針對所提電路進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明所提出的二階電流模式濾波器電路方案的正確性。1 MOOTAS和CCCII士簡介跨導(dǎo)運(yùn)算放大器CCCII士和電流傳輸器MO-OTAS電路符號及原理如圖1，圖2所示。由圖2可知，理想的()TA的傳輸特性是：式中：Io是輸出電流；Vd是差模輸入電壓；

3、gm是開環(huán)增益，稱為跨導(dǎo)增益，它是外部控制電流Ib的函數(shù)。CCCII的端口特性由下列混合矩陣方程給出：式中：Rx是X端的輸入電阻，由偏置電流Ib控制，關(guān)系式為RX=VT2Ib，在T=300 K的常溫下VT=26 mV。2 電路分析一 種將MO-OTAS和CCCII相結(jié)合所得到的雙二階濾波器如圖3所示。其中，Iin為輸入電流；Ilp，Ihp，Ibp分別為低通、高通、帶通輸出函 數(shù)。該電路的有源器件在輸入端輸入信號時，在輸出端通過電流鏡技術(shù)可以獲得多個輸出，而且由于輸出端的高阻抗，可以將各個輸出端任意組合而得到二階陷波和 全通函數(shù)。由MO-OTAS和CCCII的端口特性，經(jīng)電路分析得到如下的電流傳

4、輸函數(shù)：并且通過低通與高通的線性組合可得到帶阻如下：式中：D(K)=S2+S(gm1C1)+gm2(C1C2RX)將上式通過變換可得如下函數(shù)：式中：參數(shù)0和Q由下式表達(dá)：為了簡化分析式(8)，式(9)，這里假設(shè)gm1=gm2=gm，而且C2=C3=C，當(dāng)調(diào)節(jié)C1或gm1的數(shù)值時，可以看見Q在隨其變化，而0仍然保持不變?？梢?，濾波器的特征頻率和品質(zhì)因數(shù)可以獨立進(jìn)行調(diào)節(jié)。3 靈敏度分析根據(jù)靈敏度計算公式 得到的中心頻率0和品質(zhì)因數(shù)Q相對于電路中的各元件(RX，C1，C2，Gm)的靈敏度如表1所示。4 實例設(shè)計與計算機(jī)仿真為了驗證上述所提出電路方案的正確性，對圖3電路方案進(jìn)行了HSpice仿真，并與

5、理論值相比較。使電路元器件符合設(shè)計的電路要求，在模型MOOTAS和DO-CCII的基礎(chǔ)上，修改了其電路圖，如圖4所示。為了實現(xiàn)上述電路功能，設(shè)置CCCII中的偏置電流Ibi=60A，偏置電壓VDD=-VSS=185 V，PMOS的寬和長分別為W=3m，L=2m；NMOS的寬和長分別為W=3m，L=4m。設(shè)置OTA中的偏置電流Ibp=55A，偏置電壓VDD=-VSS=185 V，PMOS與NMOS的寬長是W=4 m，L=2m。作為一個設(shè)計例子，將低通、高通、帶通、帶阻和全通的中心頻率設(shè)置為10 kHz，設(shè)置電路電容為C1=C2=C3=10-9F，仿真結(jié)果如圖5、圖6所示。其中，圖5為低通、高通、

6、帶通、帶阻波形。圖6為調(diào)節(jié)CCCII中偏置電流Ibi，使其分別為3A，6A，12A，24A下所得到的低通波形圖像。由表1，表2可以看出，改變電路品質(zhì)因數(shù)Q的值，可以通過兩種方法實現(xiàn)，即調(diào)節(jié)電路和改變硬件。對于電路的調(diào)節(jié)，可以給定C1=C2=C3=110-9F，只需調(diào)節(jié)OTA1的偏置電流，進(jìn)而改變跨導(dǎo)的大小，以此表達(dá)改變品質(zhì)因數(shù)的目的。另外一種是通過變C1的大小來改變品質(zhì)因數(shù)。圖7，圖8分別以帶通和帶阻來實現(xiàn)上述功能。 5 結(jié) 語這 里提出一種新穎的MO-OTAS和CCCII相結(jié)合的二階多功能電流模式濾波器，所設(shè)計的濾波器頻率可調(diào)，只需適當(dāng)調(diào)節(jié)CCCII的偏置電流，即可達(dá)到調(diào) 節(jié)CCCII內(nèi)部電阻RX，使得濾波器的調(diào)諧能力大大提高。另外，還提