基于MoCCCⅡ-C的二階多功能電流模式濾波器

1 引 言

自電流傳輸器問世以來，電流模式濾波器|0">濾波器因具有電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、工作電壓低、線性度好等優(yōu)點而得到廣大模擬電路設計者的關注，第二代電流傳輸器CCⅡ(The Second Generation Current Conveyor)的電流模式濾波器不斷被提出。但CCⅡ(包括MOCCⅡ，多段輸出第二代電流傳輸器)存在2個不足：

(1)由于CCⅡ的X端存在1個寄生電阻，使得y端到X端的電壓傳輸產(chǎn)生較大的誤差，從而導致傳遞函數(shù)產(chǎn)生誤差；

(2)不具有電控性，即不能通過外加偏置電流或電壓來調(diào)整CCⅡ的參數(shù)，從而使得濾波器不具有電控性。

CCCⅡ是法國學者Fabre于1996年在CCⅡ電路基礎上提出來的。它除了具有CCⅡ的優(yōu)點(動態(tài)范圍大、線性度好、功耗低、頻帶寬)外，還克服CCⅡ的上述兩個不足，且基于CCCⅡ的濾波器不含外加電阻，便于集成。由CCCⅡ可以構(gòu)成多種形式的模擬電路，如濾波器、放大器及振蕩器等。由于CCCⅡ的電控性，使得基于CCCⅡ的濾波器及振蕩器的參數(shù)可以通過外接電流或電壓進行調(diào)節(jié)。

由于CCCⅡ僅含有單端或雙端輸出，用它設計電路時存在不足，不便于兼顧電流輸出與反饋，從而使電路結(jié)構(gòu)較為復雜。為此，本文在CCCⅡ的基礎上引入了MOCCCⅡ(多端輸出的電流控制第二代電流傳輸器)電路，提出了基于MOCCCⅡ的二階多功能電流模式濾波器，可以實現(xiàn)高通，帶通，低通，帶阻，全通功能。文中給出了電路的仿真結(jié)果和理論計算，驗證了設計的正確性。

2 電路描述

圖1所示為MOCCClⅡ的電路符號。

圖2為所設計濾波器電路，該電路由2個MOCCCⅡ和2個接地電容構(gòu)成。

由端口特性，可得電路3個輸出端口的傳輸特性方程：

從以上看出電路通過電流輸出端JHP(S)，IHP(S)，ILP(S)可以分別實現(xiàn)高通，帶通，低通的功能。式(5)顯示品質(zhì)因子Q可以通過C1和C2實現(xiàn)可調(diào)；中心頻率ω0通過Rx實現(xiàn)獨立可調(diào)，與品質(zhì)因子Q不相關。因此，電路可以分別實現(xiàn)特征參數(shù)ω0和Q的獨立可調(diào)。

帶阻和全通功能可以分別通過IBS(S)=IHP(S)+ILP(S)和IAP(S)=IHP(S)+IBP(S)+ILP(S)獲得。

5種濾波功能可以分別通過選擇不同的端口來實現(xiàn)。

3 靈敏度分析

根據(jù)靈敏度的定義：得到的中心頻率ω0和品質(zhì)因素Q相對于電路元件(Rx1，Rx2，C1和C2)的靈敏度如表1，靈敏度不隨電路元件參數(shù)變化。

如表1所示，中心頻率ω0和品質(zhì)因素Q相對于電路元件的靈敏度很低。

4 設計舉例

為了驗證理論分析的正確性，用PSpiee工具來仿真實際電路，并與理論值相比較。

作為實現(xiàn)電路特性的例子取中心頻率f0(=ω0／2π)=1 MHz，Q=1.0。

用CMOS構(gòu)成的MOCCCⅡ做PSpice仿真的宏觀模型圖如圖3，圖4所示；設定其中的偏置電流Ibi(i=1，2)=6.0μA，C1=C2=6 pF，偏置電壓VDD=-VSS=1.85 V，Iin=1 μA，PMOS的寬長是W=3 μm，L=2μm；NMOS的寬長是W=3 μm，L=4μm。

用PSpice仿真，其仿真結(jié)果，幅頻和相頻曲線圖如圖5所示。他在很寬的頻率范圍內(nèi)都有效。

5 結(jié) 語

提出了一種新穎的基于MOCCCⅡ-C的二階多功能電流模式濾波器。驗證了該電路能通過選擇不同的輸出端電流實現(xiàn)高通，帶通，低通，帶阻，全通5種功能，特性參數(shù)可以通過偏置電流和接地電容進行調(diào)節(jié)，而且具有很低的靈敏度，仿真結(jié)果驗證了在較寬的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)良好，電路結(jié)構(gòu)容易用CMOS技術集成。