基于MOCCCⅡ的N阶电流模式滤波器的设计

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                    　　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(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：









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第n+1端Z输出，而去掉其他MOCCCⅡ0的其他Z输出的电路。
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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：




　　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各种滤波器进行了设计和PSPICE仿真。CCCⅡ的电源电压均取±5V，偏置电流Ib都设为13μA，则各Rx=VT／2Ib=1kΩ，电路中Ra=Rb=1kΩ，所以各传递函数中K1=Ra／Rao=K2=Rb／Rx(n+1)=1，电容C1=0.2613μF，C2=.1306μF，C3=O.0765μF，C4=0.03827μF。仿真结果如图4所示，可以看出所设计的多功能滤波器工作频率可达到4MHz左右，低通、高通、带通、带阻和全通滤波器仿真结果分别为图4(a)～(e)所示，从而证实了设计的可行性。











　　本文提出的基于MOCCCⅡ的电流模式n阶多功能滤波器，设计方法简单，综合性强，能产生各种高阶滤波器。只要改变图3中MOCCCⅡ0的Z输出端的连接方式，就可以得到低通、带通、高通及全通滤波器电路，其转换方法也很简单。滤波器结构简单，n阶滤波器仅用了n+2个有源CCCⅡ器件、n个接地电容及两个电阻，通过调整电容或者各CCCⅡ的偏置电流就可以实现滤波器截止角频率等参数的调谐，使得参数很容易设计。所有RC元件均接地，外接电阻少，便于单片集成。