基于MOCCCⅡ的N阶电流模式滤波器的设计

随着vlsi技术的发展,电流模电路(current modecircuit)的研究正在蓬勃发展。与电压模电路相比,电流模电路具有频宽大、电路结构简单、电源损耗较低及动态范围较宽等优点。电流模式电路的设计和实现把模拟集成电路带入了一个新阶段。基于bjt(双极型晶体管)实现的第二代电流控制传输器cccⅱ(second gen-eration current controlled conveyer)除了具有上述各项优点外,尤其适合在高频和高速信号领域中应用,此外,电路中具有本质电阻(intrinsic resistance)的特点又使得由它设计的电路更具弹性。目前基于cccⅱ的n阶电流模式滤波器,或大部分限于特殊类型(如低通)的滤波器,或电路结构及参数的设计较为复杂,所用有源和无源器件较多。本文仅用n+2个有源cccⅱ器件、n个接地电容及两个电阻方便地构成低通、带通、高通、带阻及全通类型的n阶滤波器,整个电路结构及参数的设计都很简单。

1 n阶多功能滤波器的设计方法

1.1 mocccⅱ的电路实现

多输出的电流控制传输器mocccⅱ(multiple outputscccⅱ)是在1996年法国fabre等几位学者提出的第二代电流控制电流传输器的基础上设计出的。如果在cccⅱ混合跨导线性环的后级加上多端输出的对称电流镜,则可获得mocccⅱ电路。其电路符号和实现原理如图1所示。电流传输矩阵为:

式中,vt=26mv(室温),本质电阻(寄生电阻)rx受偏置电流ib控制。

1.2 信号流图及mocccⅱ滤波器的提出

由梅森公式分析可知,式(2)所表达的分子分母均为n阶传输函数,可由图2(a)所示的信号流图实现,针对连续系统,信号流图所表示的系统可用积分器来模拟,由cccⅱ构成的积分器如图2(b)所示。

cccⅱ积分器输出与输入的关系表达式为:io/ii=1/(sc1rx)。有了信号流图及cccⅱ积分器,便能迅速得出基于mocccⅱ的电流模式滤波器,电路如图3所示。图中,mocccⅱ0和mocccⅱn+l均采用多端输出的mocccⅱ,它的z端输出电流与y端输入电流的关系满足:iz/ii=ra/rxo,rxo为左边第一个mocccⅱ0的寄生电阻,大小为rxo=vt/2ibo,最右边的mocccⅱn+1同理,而中间的积分器只需采用单端输出形式。

2 原理分析及多功能滤波器生成

由图3及电路基本理论可得:

式(3)到式(6)可以得到低通、带通、高通、带阻及全通滤波器电路。

2.1 低通滤波器

从式(3)到式(6)的推导过程可以看出,式(6)中分子的sn项是由式(3)中左边的最后一个含ii的项所产生的,电路图所对应的是图3中mocccⅱ0中最下面的z端输出,即第n+l端z输出(mocccⅱ0共有n+l端z输出);sn-1是式(3)的倒数第二个含ii的项所产生的,电路图所对应的是图3中moc-ccⅱ0中倒数第2端z输出,即第n端z输出,依次类推,分子的常数项为图3中mocccⅱ0的最上端z输出,即第1端z输出。所以,低通滤波器传递函数为:

对应的电路为在图3中只保留mocccⅱ0的第1端z输出,而去掉mocccⅱ0其他的z端输出。

2.2 带通滤波器

若保留式(6)中分子的除常数项和sn项外其他任意一项,则为带通滤波器。这里仅考虑保留sn/2项(n为偶数),其传递函数为:

对应的电路为仅保留图3中mocccⅱ0的第(n/2)+1端z输出,而去掉mocccⅱ0的其他z端输出的电路。

2.3 高通滤波器

仅保留式(6)中分子的sn项,则为高通滤波器,其传递函数为:

对应的电路为仅保留图3中mocccⅱ0第n+1端z输出,而去掉其他mocccⅱ0的其他z输出的电路。

2.4 带阻滤波器

保留式(6)中分子的sn项和常数项,则为带阻滤波器,其传递函数为:

对应的电路为仅保留图3中mocccⅱ0第1端z输出和第n+1端z输出,而去掉mocccⅱ0的其他z输出的电路。

2.5 全通滤波器

全通滤波器的传递函数表达式应为式(6)中分子sn项符号与sn-1项符号相反,且k1=k2=1。其传递函数为:

由于式(6)分子的常数项对应mocccⅱ0的第l端z输出,s1项对应于第2端z输出,s2项对应于第3端z输出……所以式(11)所对应的电路是:将图3中mocccⅱ0的偶数端(从上往下数)输出改为反相输出,奇数端输出为同相输出。

3 计算机仿真

为了验证设计电路的可行性,对四阶巴特沃斯类型的

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计
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