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

1 引 言

自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、放大器及振荡器等。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。

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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