摘要：介绍了电流形式电路的根本概念和开展概略，与电压形式电路相比较，电流形式电路的主要功能特色。并介绍了广泛使用于各种电流形式电路的第二代电流操控电流传输器原件的跨导线性环特性和端口特性，以及其根本组成共源共栅电流镜，并提出了依据共源共栅电流镜的新式COMS电流传输器。在此基础上，规划了依据电流操控电流传输器的电流形式积分电路，并使用Hspice软件进行输入为正弦波和方波时的输出波形的仿真验证。
在模仿电子电路中，人们长久以来习惯于选用电压作为信号变量，并经过处理电压信号来决议电路的功用。因而促成了许多电压信号处理电路，或许称为电压形式电路的诞生和开展。
可是，跟着被处理信号的频率越来越高，电压型运算扩大器的固有缺陷开端阻止它在高频、高速环境中的使用。电压型运算扩大器的缺陷之一，它在-3 dB闭环宽带与闭环增益的乘积是常数，当宽带向高频区域扩展时，增益成份额下降;缺陷之二，它在大信号下输出电压的最高转化速率很低，一般只要0.2~20 V/μs.
在近些年来，以电流为信号变量的电流在信号处理中的巨大潜在长处被发现被发掘出来，促成了一种新式电路–电流形式电路的开展。人们发现，电流形式电路能够处理电压形式电路所遇到的一系列难题，在速度、带宽、动态规模等方面取得愈加优秀的功能。
1 第二代电流操控电流传输器 CCCII
第二代电流操控电流传输器元件来源CCII,可是因为CCII内部电路的输入端X端与Y端存在一个寄生电阻，而传输特性并没有考虑这个电阻，然后形成CCII的X端与Y端的电压盯梢无法到达抱负的程度，而CCCII便是使用X端的寄生电阻遭到内部直流偏压操控的特性以到达电压可调的特性。
1996年，学者Alain Fabre等人依据跨导线性环特性提出了第二代电流操控电流传输器电路，而随后的CCCII电路根本上也都是依据跨导线性环特性完成的。
1.1 线性跨导原理
跨导线性电路的主要功能是借助于双极性晶体管的跨导参数与其集电极电流成正比联系得到的。跨导参数与其集电极电流之间的份额联系为：在一个含有偶数个正向偏置发射结，且摆放成顺时针方向结的数目和反时针方向结的数目持平的闭环中，顺时针方向发射电流密度之积等于反时针方向发射结电流密度之积。
关于双极性晶体管，集电极电流Ic与基-射结电压VBE之间的联系是它的中心联系。这种联系能够标明为：
式(1)中：VT是热电压，在常温下其值约26 mV;反向饱满电流，它对温度灵敏，每进步1摄氏度增加约9.5%,一起，近似于发射区面积成正比。对式(1)求微分，能够得到：
式(2)标明，抱负BJT的跨导gm是集电极静态电流的线性数IC,这是因为IC与VBE之间具有对数联系的成果。在一个包含n个BJT基-射结的闭合环路中，选用某种办法使其正向偏置而导通，则结电压之和应等于零，即：
图1给出了一个简化TL环路，它包含4个PN结，每个PN结实践代表环路中每个BJT的基一射结，每个结上标出的电流过结的正向偏置电流，即BJT的集电极电流IC.
图1 简化TL环路
把式(2)代入式(3)，将VBE加以替换得：
式中：Isj代表每个结的反向饱满电流，因为每个结的发射区面积或许不同，也能够有不同极性的BJT组成，因图简化TL环路，所以Isj或许是不持平的;Vtj代表每个结的热电压，关于大多数使用电路，能够假定一切结的热电压持平。因而，式(4)能够标明为：
一系列对数之和为零能够改写成一系列乘积项为1,因而式(5)能够写成：
为完成式(5)的环路内节点电压值和为零及IC/IS电流比的对数和为零，在保持合理的作业电流的一起，TL环路有必要是成对的，那么它满意两个根本条件，即：TL环路内的结点数有必要是偶数个;面向顺时针摆放和面向逆时针方向摆放的结数有必要持平。设TL环路是对称的，满意上述两个条件，则式(6)能够别的标明为：
公式左右两边别离为顺时针和逆时针摆放的正偏发射结的IC/IS项的乘积。因为TL环路中的发射结反向饱满电流ISK与发射区的面积成正比，因而可将ISK标明为：ISK=AKJSK,AK是第K个结的发射区面积，JSK是与几许结构无关的反向饱满电流密度，假定每个结JSK的是持平的，因而式(7)能够重写为：
在跨导线性环路中，发射区面积比值很重要，一般是为了完成某些希望的功能和成果，慎重的规划和改动发射区面积之比。当考虑TL环路中发射区面积之比时，式(8)能够标明为：
式(9)中λ为面积比系数。
当λ=1时，跨导线性原理可标明为：
式(10)标明，在λ=1的条件下，TL环路中顺时针方向集电级电流之积等于逆时针的集电极电流之积，这是跨导线性原理最简练的表达形式。
1.2 CCCII的电路符号和端口特性
CCCII的输入输出端口特性可用矩阵式来标明：
X端为电流输入端，Y端为电压输入端，输入电流为零;与CCII相同的是X端电压不是准确跟从Y端输入电压，而是与X端寄生电阻有关。
矩阵中的正负号别离代表CCCII+和CCCII-，对CCCII+而言，IX=+IY，对CCCII-而言，IZ=-IX，RX为X端口的寄生电阻，受CCCII内部的偏置电流IB操控。CCCII的电路符号和零极子标明办法如图3所示。
2 共源共栅CCCII规划
2.1 共源共栅电流镜
在电流传输器中，电流镜是必不可少的电路模型。一般的来说，希望一个电流镜能够具有较高的电流传输精度，较高的输出电阻，较低的输入电压以及最小的输出电压。
图4所示的根本电流镜号模型，因为本身沟道长度的调制效应，很难到达较高的电流传输精度及较高的输出电阻。图5中所示的共源共栅电流镜则能取得比一般电流镜更高的电流传输精度和输出电阻。
2.2 共源共栅电流镜CMOS CCCII规划电路
图6为依据根本电流镜的CCCII电路，它包含了M1～M4组成的跨导电路，以及M5～M6，M7～M8，M10～M11，M12～M13的根本电流镜。根本电流镜M5～M6，M9～M11向跨导电路供给偏置电流IB，因为根本电流镜输出阻抗低，因而偏置电流IB传输到跨导线性电路的份额较少。输出端Z与根本电流镜输出端相连，输出阻抗较低。
用共源共栅电流镜能完成如图7的CMOS CCCII电流传输器电路，M1～M4构成跨导线性环路完成电压跟从器，M9～M12，M17～M12组成同相传送电路，将X端电流IX镜像耦合到IZ。而M5～M8，M13～M16构成扩大倍数为1的电流镜，为跨导线性环路供给直流偏置。将根本电流镜改为共源共栅电流镜，不仅能增大输出阻抗，而且能增大传输精度。
2.3 共源共栅CMOS CCCII功能仿真
依据TMSC0.18uMCMOS工艺参数，运用HSPICE软件仿真，对共源共栅COMS CCCII电流传输器进行功能仿真，电路选用1.5 V电压供电。由矩阵联系，首要调查IZ跟着IX的改变状况。
能够看出，好像理论推导中所表现的相同，在没有任何电流差错的状况下，能够得到较高的传输精度，能够调查导IZ跟着IX改变而改变，较好的跟从了IX。
3 电流形式积分电路规划与仿真
3.1 电流模积分器规划
在共源共栅COMS CCCII的基础上，在X端增加电阻，在Y端增加电容，并改为电流输入端就能够够成一个电流形式的积分电路。
假定电容C初始电压为零，则依据CCCII端口特性得到：
上式标明，输出电流I0为输入对时间的积分。
3.2 电流模积分器仿真
依据TMSC0.18μmCMOS工艺参数，运用HSPICE软件仿真，对电流模积分器别离输入典型正弦鼓励和方波鼓励进行了电路仿真。
4 定论
电流操控电流传输器已经是电流形式电路中非常常用的模块之一，本文提出了依据共源共栅COMS CCCII电流传输器，进步了输出阻抗和电流传输精度，而且依据此CCCII电路规划了电流形式积分电路。在选用TMSC0.18μMCMOS工艺参数，运用HSPICE软件仿真，仿真成果验证了共源共栅电流传输器的传输精度，输出阻抗及可行性，而且在鼓励源选用正弦，方波信号的状况下，关于此积分电路进行了验证，仿真成果显现具有较高的精度。因而，该积分电路在许多使用中能够代替传统的积分电路，具有广泛的使用远景。
