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易采用CMOS技术集成的多功能电流模式滤波器的设计和仿真验证分析

2020年08月07日 15:10 次阅读

1 引 言

电流传输器问世以来,电流模式滤波器因具有电路结构简单、功耗低、工作电压低、线性度好等优点而得到广大模拟电路设计者的关注,第二代电流传输器CCⅡ(The Second Generation Current Conveyor)的电流模式滤波器不断被提出。但CCⅡ(包括MOCCⅡ,多段输出第二代电流传输器)存在2个不足:

(1)由于CCⅡ的X端存在1个寄生电阻,使得y端到X端的电压传输产生较大的误差,从而导致传递函数产生误差;

(2)不具有电控性,即不能通过外加偏置电流或电压来调整CCⅡ的参数,从而使得滤波器不具有电控性。

CCCⅡ是法国学者Fabre于1996年在CCⅡ电路基础上提出来的。它除了具有CCⅡ的优点(动态范围大、线性度好、功耗低、频带宽)外,还克服CCⅡ的上述两个不足,且基于CCCⅡ的滤波器不含外加电阻,便于集成。由CCCⅡ可以构成多种形式的模拟电路,如滤波器、放大器振荡器等。由于CCCⅡ的电控性,使得基于CCCⅡ的滤波器及振荡器的参数可以通过外接电流或电压进行调节。

由于CCCⅡ仅含有单端或双端输出,用它设计电路时存在不足,不便于兼顾电流输出与反馈,从而使电路结构较为复杂。为此,本文在CCCⅡ的基础上引入了MOCCCⅡ(多端输出的电流控制第二代电流传输器)电路,提出了基于MOCCCⅡ的二阶多功能电流模式滤波器,可以实现高通,带通,低通,带阻,全通功能。文中给出了电路的仿真结果和理论计算,验证了设计的正确性。

2 电路描述

图1所示为MOCCClⅡ的电路符号。

易采用CMOS技术集成的多功能电流模式滤波器的设计和仿真验证分析

图2为所设计滤波器电路,该电路由2个MOCCCⅡ和2个接地电容构成。

由端口特性,可得电路3个输出端口的传输特性方程:

从以上看出电路通过电流输出端JHP(S),IHP(S),ILP(S)可以分别实现高通,带通,低通的功能。式(5)显示品质因子Q可以通过C1和C2实现可调;中心频率ω0通过Rx实现独立可调,与品质因子Q不相关。因此,电路可以分别实现特征参数ω0和Q的独立可调。

带阻和全通功能可以分别通过IBS(S)=IHP(S)+ILP(S)和IAP(S)=IHP(S)+IBP(S)+ILP(S)获得。

5种滤波功能可以分别通过选择不同的端口来实现。

3 灵敏度分析

根据灵敏度的定义:得到的中心频率ω0和品质因素Q相对于电路元件(Rx1,Rx2,C1和C2)的灵敏度如表1,灵敏度不随电路元件参数变化。

如表1所示,中心频率ω0和品质因素Q相对于电路元件的灵敏度很低。

4 设计举例

为了验证理论分析的正确性,用PSpiee工具来仿真实际电路,并与理论值相比较。

作为实现电路特性的例子取中心频率f0(=ω0/2π)=1 MHz,Q=1.0。

用CMOS构成的MOCCCⅡ做PSpice仿真的宏观模型图如图3,图4所示;设定其中的偏置电流Ibi(i=1,2)=6.0μA,C1=C2=6 pF,偏置电压VDD=-VSS=1.85 V,Iin=1 μA,PMOS的宽长是W=3 μm,L=2μm;NMOS的宽长是W=3 μm,L=4μm。

用PSpice仿真,其仿真结果,幅频和相频曲线图如图5所示。他在很宽的频率范围内都有效。

5 结 语

提出了一种新颖的基于MOCCCⅡ-C的二阶多功能电流模式滤波器。验证了该电路能通过选择不同的输出端电流实现高通,带通,低通,带阻,全通5种功能,特性参数可以通过偏置电流和接地电容进行调节,而且具有很低的灵敏度,仿真结果验证了在较宽的频率范围内表现良好,电路结构容易用CMOS技术集成。

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