关于CCCⅡ与OTA的三输入单输出多功能电流模式滤波器

0 引 言

近些年，电流模式电子电路的发展得到越来越多的关注，与传统的电压模式电路相比，电流模式电路具有速度快、动态范围大、功耗小，适于超大规模集成技术实现等优点。其中电流控制第二代电流传送器(CCCⅡ)和跨导运算放大器(OTA)作为电流模式信号处理中的基本有源器件，在连续时间滤波器中得到了广泛应用。

大量基于电流传送器的二阶电流模式滤波器的文献不断见诸报道，当然也包括许多三输入单输出的二阶滤波器电路，但在这些电路中，有的仍然为电压模式电路；有的虽然能够实现五种滤波器功能，却要用不同的电路拓扑结构来实现，因而需要大量的有源器件，不利于集成；有的尽管只用两个MOCC和少量无源器件，但中心频率却不可调。而由CCCⅡ和OTA结合起来实现电流模式滤波器的电路则很少见。

本文提出的一种通用有源电流模式三输入单输出滤波器新电路，仅采用两个电流传送器、两个电容和一个电阻，比文献[9]中的电路节省一半以上的器件。所提出的电路，无源元件少且均接地，有利于全集成。理论分析及PSpice仿真结果表明所提电路的正确性。

1 电路描述

1.1 CCCⅡ简介

电流传输器CCCⅡ电路符号如图1所示。

CCCⅡ的端口特性由下列混合矩阵方程给出：

式中：Rx是X端的输入电阻，由偏置电流Ib控制，关系式为Rx=VT／（2Ib），在T=300 K的常温下，VT=26 mV。

1.2 OTA简介

OTA的电路符号如图2所示。

理想的OTA的传输特性是：

式中：Iout输出电流；Vd是差模输入电压；Gm是开环增益，称为跨导增益，它是外部控制电流Ib的函数。

1.3 三输入单输出二阶电流模式滤波器

一种新颖的电流模式的三输入单输出的双二阶滤波器如图3所示，该电路由一个CCCⅡ，一个OTA，两个电容和一个电阻组成。其中：i1，i2，i3分别为输入电流，iout为输出电流。

由CCCⅡ和OTA的端口特性，并经电路分析得到如下电流传输函数。

从上式可以看出，适当选择不同的输入电流组合，能分别实现二阶低通、高通、带通、带阻和全通滤波器功能。其具体实现如下：

可见，滤波器的特征频率可以通过接地电容C1和C2来调整。

2 灵敏度分析

根据灵敏度计算公式

得到的中心频率ω0和品质因素Q相对于电路中的各元件（RX，Gm，C1，C2）的灵敏度如表1所示。

由表1可知该电路的灵敏度与参数无关，而且在数值上等于0.5，因此该电路具有良好的灵敏度特性。

3 实例设计与计算机仿真

为了验证上述所提出的电路方案的正确性，对图3的电路方案进行了PSpice仿真，并与理论值相比较。

本文设计了品质因素Q=1，中心频率取ω0=26.24 kHz的低通、高通、带通、带阻和全通五种基本的二阶滤波功能。

用CMOS构成的CCCⅡ和OTA做PSpice仿真的宏观模型图如图4，图5所示。

设置CCCⅡ中的偏置电流Ib=6.0μA，偏置电压VDD=-Vss=1.85 V，PMOS的宽长是W=3 μm，L=2 μm；NMOS的宽长是W=3μm，L=4 μm。

设置OTA中的偏置电流Ibp=25μA，PMOS与NMOS宽长比见表2。

设置电容为C1=C2=1E-9 F，R3=3 kΩ仿真所实现的各种滤波器功能如图6所示。图7为不同中心频率下所得的带通频响特性。由图可看出，所得结果与理论分析完全吻合，从而证明了本文所提出的电路方案是正确的。

4 结 语

提出了一种新颖的CCCⅡ和OTA相结合的二阶多功能电流模式滤波器，由于没有使用浮地电容和电阻，便于实现集成。通过实验验证了通过选择不同的输入端电流实现低通、高通、带通、带阻和全通五种滤波功能。所设计的滤波器频率可调，只需适当调节CCCⅡ和OTA的偏置电流，则可达到调节CCCⅡ内部电阻Rx及OTA的Gm，使得滤波器的调谐能力大大提高，且ω0，Q对无源元件灵敏度低。仿真结果验证了该滤波器在较宽的频率范围内表现良好。

编辑：jq