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根据MOCCC II和OTA的频率可调谐 多功能电流模式滤波器

提出一种结构简单的新型多功能有源滤波器。该电路由两个MOCCCⅡ,一个OTA和两个接地电容组成。通过选择不同的输入和输出端口,能够实现低通、高通、带

0 引 言
电流传送器自1968年面世以来,在模仿电路规划中运用非常广泛,也在人们的注重下不断发展,依据第二代电流传送器CCⅡ(The Second Generation Current Conveyor)的电路计划层出不穷。但是,因为CCⅡ的X端存在寄生电阻,然后形成CCII的X端与Y端电压盯梢无法到达抱负程度,导致了电路的传输函数发生差错。1996年A.Fabre等人运用双极型晶体管的线性互导(Translinear Loop)特性完成了电流操控传送器CCCⅡ(Current Controlled Conveyor),克服了CCⅡ的缺乏。CCCⅡ运用X端的寄生电阻受内部直流偏压操控的特性,使CCCⅡ的运用延伸到电调理的范畴。这样使得CCCⅡ和OTA(Operational Transconductance Ampli-fier)相同,元件自身能够发生电阻效应,规划过程中削减了无源元件的运用,使电路结构变得简略,而且提高了频响降低了功耗。
运算跨导放大器OTA,输入电压操控输出电流,开环增益是以S为量纲的跨导,可通过偏置电流对开环增益接连调理,频带宽、高频功用好。这些功用长处远远超过了惯例电压型运算放大器。
跟着CCCⅡ以及OTA的提出,二者的长处越来越受到注重,由CCCⅡ构成的滤波器,以及OTA-C滤波器也有一些报导,但是,由CCCⅡ与OTA联合构成的滤波器的报导尚不多见。本文提出了一种依据MOC-CCⅡ和OTA的电流模式滤波器,只需两个MOCCCⅡ和一个OTA以及两个接地电容元件,无须任何电阻元件,因为MOCCCⅡ和OTA均可通过偏置电流调理,选用二者联合构成的电路,频率可调谐的规模更广,电路具有规划简略,灵敏度低和多功用滤波等长处,而且通过理论剖析和模仿仿真,验证了本文所提出的电路结构是正确的。

1 频率可调谐多功用电流模式滤波器的规划
1.1 MOCCCⅡ器材的简介

抱负MOCCCⅡ的Y端和Z端阻抗为无穷大,其电路符号如图1所示,端口特性如下:

式中:RX是X端的寄生电阻,其值为:RX=VT/(2IB);VT为热电压,在常温(T=300 K)下,VT△26 mV;IB为偏置电流,操控寄生电阻RX完成电可调性。

1.2 OTA器材的简介
OTA因其跨导增益便于调理,线性操控规模宽,电路结构简略便于集成的长处,颇受注重,运用规模很广。
OTA的符号如图2所示,在抱负情况下,输入输出阻抗趋于无穷大,图3为其抱负模型。Vi+为同相输入端,Vi-为反相输入端,Io是输出电流,IB是偏置电流。

OTA的传输特性为:


式中:Vid是差模输入电压;Gm是跨导增益。在常温小信号下有:Gm=19.2IB。

2 提出的电路
2.1 电路原理

新的二阶多功用滤波器如图4所示。

多功用电流模式滤波器依据各MOCCCⅡ的抱负端口特性,以及电路结构,能够得出电路各输出端口的传输函数:


2.2 电路功用剖析
选取不同的输入端,在不同的输出端能够获得不同的滤波功用,而且将不同的输出端进行组合也能够得到不同的滤波功用,真实地完成了多功用。详细完成如下:
(1)当选取Ii3=Ii,Ii1=0时,输出端Io3能够完成全通功用:


(2)当选取Ii1=Ii3=Ii,Ii2=0时,输出端Io2能够完成低通功用,Io1完成带通功用,组合Io3与Io1完成带阻功用:


(3)当选取Ii3=-Ii1=Ii,Ii2=0时,组合3个输出端能够完成高通功用:


可见,滤波器的特征频率ωo能够通过电容C进行独立调理。
2.3 灵敏度的剖析
由ωo以及Q的式子,依据对数灵敏度的界说SXY=X/Y・eY/eX,能够求出特征频率ωo和品质因数Q相对电阻RX1,RX2和电容C1,C2的灵敏度,如表1所示。明显,该电路具有很低的灵敏度。

3 仿真模仿
为了验证图5电路所示的正确性,本文选用了PSpice仿真。
3.1 实践电路
MOCCCII以及OTA别离选用如图5~图7所示的实践电路完成。

CCCⅡ±完成电路的MOS管选用0.5 μm工艺,如表2所示。

为了完成上述二阶特性,选取直流电压VDD=4 V,VSS=-2.4 V,偏置电流IB1=IB2=1.3μA,C1=C2=6 pF,NMOS管的尺度L=2μm,W=10μm,PMOS管的尺度L=1/μm,W=10μm。OTA完成电路的MOS管选用0.35μm工艺的NMOS_3p3和PMOS_3p3。取直流电压VD33=3.3 V,IB3=0.1μA。输入电流取Ii=1μA。特征频率和品质因数别离为fo=ωo/(2π)=2.7 MHz,Q=1。
3.2 多功用滤波器的幅频、相频呼应
经PSpice仿真,理论与实践电路的幅频特性(Gain),相频特性(Phase)如图8所示。

由图可见,所得结果与理论剖析非常符合,在适当宽的频率规模内都有用,然后证明了本文提出的电路计划是正确的。
此外,赋予接地电容不同的值,并坚持其他参数值不变,能够使Q=1不变,独登时调理ωo。如图9所示,以带通波形为例,别离取C1=C2=600 pF;60 pF,6 pF。有fo=0.027 MHz,O.27 MHz,2.7 MHz。可见,当fo=ωo/2π增大时,波形不变,仅仅全体向右平移。

4 结 语
本文规划的依据MOCCCⅡ和OTA的频率可调谐多功用电流模式滤波器,由两个MOCCCⅡ,1个OTA和2个接地电容组成,通过挑选不同的输入和输出端口,能够完成二阶低通、高通、带通、带阻、全通五个滤波功用。调整MOCCCⅡ以及OTA的偏置电流和电容值,能够对特征参数进行正交调理,而且特征频率fo能够通过接地电容C完成独立调理,频率可调谐的规模很广。此外,规划的电路具有很低的灵敏度,所运用的无源元件很少而且均接地,易于用CMOS技能集成。最终,面向实践电路,通过PSpice仿真验证,在很宽的频率规模内都体现杰出,结果表明所提出的电路计划正确有用。

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