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      電流模式n階CCCII多功能濾波器的設計

      更新時間: 2007-10-22 09:12:17來源: 粵嵌教育瀏覽量:1030

      1 引 言

        A.Fabre等提出的電流控制傳送器(CCCII),克服了電流傳送器(CCII)的X端存在的寄生電阻導致的基于CCII電路產生的傳輸函數的誤差。同時,與OTA相比,對于同一偏置電流,CCCII的電導Gx比OTA的跨導Gm大4倍,因而提高了頻響,降低了功耗,且電路結構簡單,受到了國內外學者的高度重視。基于CCCII的二階濾波器及高階濾波器不斷提出,但對高階多功能電流模式濾波器的研究還明顯不足。

        本文基于梅森信號流圖理論,討論了n階濾波器的信號流圖設計方法,成功設計出了一種新穎的基于CCCII和MOCCCII實現的n階多功能濾波器電路模型,該電路能實現低通、高通和帶通濾波功能。該電路結構簡單,含有少的元件,且電路中所有電容均接地,易于集成。

      2 電路理論與設計方法

      2.1 CCCII簡介

        Fabre等提出的CCCII+實現原理及電路如圖1(a)所示,電路符號如圖1(b)所示,其端口傳輸特性為:

        Rx為經X端的寄生電阻,。可見,Rx受偏置電流IB的控制。

        多端輸出MOCCCII是在CCCII的基礎上用電流復制的方法得以實現,他能等比例地輸出多個電流,其理想端口特性為:

      2.2 電路實現

        設基于電流模式n階低通、高通、帶通濾波器的傳遞函數的一般表達式為:

        根據梅森信號流圖思想,式(4)可由n條反饋通路和1條前向通路構成,并得信號流圖如圖2所示。

        根據信號流圖,可利用CCCII實現積分器和比例放大器,用MOCCCII多端輸出實現反饋,形成電路,如圖3所示。

        為了實現MOCCCII的反饋作用,必須設計R2,使得R2等于MOCCCII的寄生電阻Rx0,即:

        R2=Rx0

        第n+1個CCCII的作用是實現比例放大,通過調節R1和其寄生電阻Rx的比值,可實現對增益的調節。當bi=ai時,圖3中的Iin可直接連接至CCCII的輸入端。

        對比式(3)與圖3,不難看出有下列參數關系:

        其中:Rxj為第j個CCCII X端的寄生電阻。

        從式(3)可以看出,適當選擇電流輸入端,能實現不同功能的濾波器。

        (1) 低通:取i=0,即電流從個CCCII輸入端輸入。

        (2) 高通:取i=n,即電流從MOCCCII的輸入端輸入。

        (3) 帶通:當n為偶數時,取i=n/2;當n為奇數時,取i=(n±1)/2,即電流從第i+1個CCCII輸入端輸入。

      3 設計實例與計算機仿真

        為說明本文所提方法的可行性,對平坦型Butter-worth截止頻率為500 kHz的4階低通、高通、帶通濾波器進行設計。經分析取R1=R2=Rx1=Rx2=Rx3=Rx4=Rx0=1 kΩ,C1=832.169 7 pF,G2=416.1011 pF,C3=243.751 7 pF,G4=121.879 6 pF,其仿真結果如圖4所示。

        作者還對該電路的2,4,6階截止頻率為500 kHz的巴特沃茲低通濾波器進行了PSpice仿真,結果如圖5所示,由此可以看出,隨著階數的增高,過渡帶減小,幅頻特性越好。

      4 結 語

        本文基于梅森信號流圖理論,討論了n階多功能CCCII濾波器的信號流圖設計方法,成功地設計出了一種新穎的基于CCCII實現的n階多功能濾波器電路模型,該電路有如下優點:

        (1) 設計方法簡單;

        (2) 通過選擇不同的輸入點,便可實現低通、帶通、高通的濾波功能;

        (3) 含有少的元件(n或n+1個CCCII,一個MOC-CCII,n個電容,1個或2個電阻);

        (4) 通過對CCCII偏置電流的控制,可實現濾波器的極點角頻率的電調諧;

        (5) 所有的電容均接地,易于集成。



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