基于MoCCCⅡ-C的二階多功能電流模式濾波器
自電流傳輸器問世以來,電流模式濾波器因具有電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、工作電壓低、線性度好等優(yōu)點而得到廣大模擬電路設(shè)計者的關(guān)注,第二代電流傳輸器CCⅡ(The Second Generation Current Conveyor)的電流模式濾波器不斷被提出。但CCⅡ(包括MOCCⅡ,多段輸出第二代電流傳輸器)存在2個不足:
(1)由于CCⅡ的X端存在1個寄生電阻,使得y端到X端的電壓傳輸產(chǎn)生較大的誤差,從而導致傳遞函數(shù)產(chǎn)生誤差;
(2)不具有電控性,即不能通過外加偏置電流或電壓來調(diào)整CCⅡ的參數(shù),從而使得濾波器不具有電控性。
CCCⅡ是法國學者Fabre于1996年在CCⅡ電路基礎(chǔ)上提出來的。它除了具有CCⅡ的優(yōu)點(動態(tài)范圍大、線性度好、功耗低、頻帶寬)外,還克服CCⅡ的上述兩個不足,且基于CCCⅡ的濾波器不含外加電阻,便于集成。由CCCⅡ可以構(gòu)成多種形式的模擬電路,如濾波器、放大器及振蕩器等。由于CCCⅡ的電控性,使得基于CCCⅡ的濾波器及振蕩器的參數(shù)可以通過外接電流或電壓進行調(diào)節(jié)。
由于CCCⅡ僅含有單端或雙端輸出,用它設(shè)計電路時存在不足,不便于兼顧電流輸出與反饋,從而使電路結(jié)構(gòu)較為復雜。為此,本文在CCCⅡ的基礎(chǔ)上引入了MOCCCⅡ(多端輸出的電流控制第二代電流傳輸器)電路,提出了基于MOCCCⅡ的二階多功能電流模式濾波器,可以實現(xiàn)高通,帶通,低通,帶阻,全通功能。文中給出了電路的仿真結(jié)果和理論計算,驗證了設(shè)計的正確性。
2 電路描述
圖1所示為MOCCClⅡ的電路符號。
圖2為所設(shè)計濾波器電路,該電路由2個MOCCCⅡ和2個接地電容構(gòu)成。
由端口特性,可得電路3個輸出端口的傳輸特性方程:
從以上看出電路通過電流輸出端JHP(S),IHP(S),ILP(S)可以分別實現(xiàn)高通,帶通,低通的功能。式(5)顯示品質(zhì)因子Q可以通過C1和C2實現(xiàn)可調(diào);中心頻率ω0通過Rx實現(xiàn)獨立可調(diào),與品質(zhì)因子Q不相關(guān)。因此,電路可以分別實現(xiàn)特征參數(shù)ω0和Q的獨立可調(diào)。
帶阻和全通功能可以分別通過IBS(S)=IHP(S)+ILP(S)和IAP(S)=IHP(S)+IBP(S)+ILP(S)獲得。
5種濾波功能可以分別通過選擇不同的端口來實現(xiàn)。
3 靈敏度分析
根據(jù)靈敏度的定義:得到的中心頻率ω0和品質(zhì)因素Q相對于電路元件(Rx1,Rx2,C1和C2)的靈敏度如表1,靈敏度不隨電路元件參數(shù)變化。
如表1所示,中心頻率ω0和品質(zhì)因素Q相對于電路元件的靈敏度很低。
4 設(shè)計舉例
為了驗證理論分析的正確性,用PSpiee工具來仿真實際電路,并與理論值相比較。
作為實現(xiàn)電路特性的例子取中心頻率f0(=ω0/2π)=1 MHz,Q=1.0。
用CMOS構(gòu)成的MOCCCⅡ做PSpice仿真的宏觀模型圖如圖3,圖4所示;設(shè)定其中的偏置電流Ibi(i=1,2)=6.0μA,C1=C2=6 pF,偏置電壓VDD=-VSS=1.85 V,Iin=1 μA,PMOS的寬長是W=3 μm,L=2μm;NMOS的寬長是W=3 μm,L=4μm。
用PSpice仿真,其仿真結(jié)果,幅頻和相頻曲線圖如圖5所示。他在很寬的頻率范圍內(nèi)都有效。
5 結(jié) 語
提出了一種新穎的基于MOCCCⅡ-C的二階多功能電流模式濾波器。驗證了該電路能通過選擇不同的輸出端電流實現(xiàn)高通,帶通,低通,帶阻,全通5種功能,特性參數(shù)可以通過偏置電流和接地電容進行調(diào)節(jié),而且具有很低的靈敏度,仿真結(jié)果驗證了在較寬的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)良好,電路結(jié)構(gòu)容易用CMOS技術(shù)集成。
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