使用浮动电流输送器的单输入四输出电流模式滤波器

摘要

提出了一种基于单输入四输出电流模态滤波器的可操作浮动电流输送(OFCC)。它只使用三个OFCCs和两个接地的电容器和电阻。采用MOS接地电阻实现，增加了滤波器参数的电子可调谐特性。该滤波器还具有低分量扩展和低灵敏度的性能。并分析了有限跨阻和OFCC寄生对电路的影响。利用MOSIS (AGILENT)提供的0.5µm CMOS工艺模型，通过SPICE仿真验证了所提电路的功能。

1.介绍

电流模式连续时间滤波器由于其在采样数据系统、通信和控制系统中的应用而受到越来越多的关注[1,2］．这也符合在低电源电压下工作的电路的趋势，在那里电流模式的概念是更有用的。电流模式电路中的电路运行由电流决定，使系统设计具有更宽的动态范围[3.］．这些电路也简单和紧凑，因为电流的加减不需要额外的电路元件。由于现有模式滤波器的优点，许多研究都指向了单输入多输出滤波器的实现。各种当前模式构建块[4- - - - - -10]，即电流跟随器跨导放大器[4、电流输送器[5- - - - - -7，运算跨导放大器[8]，复制电流跟随器跨导放大器[9),而-复制电流逆变器跨导放大器[10，已用于实现这些过滤器[1,4- - - - - -22］．结构-使用过多的元素数目[6,7,13,15]在[17]，不呈现低输入阻抗[1,8,13- - - - - -16,19]，采用多个输入来提供输出响应[15,16]，放置匹配约束[7,10,15,16]来获得通用滤波器的全部5个响应，同时输出的响应小于3个[4,8,15,16,21]，采用不同类型的活动区块[12,19,20.］．运作中的浮流输送机(OFCC) [23,24]，是作为可操作浮动输送机(OFC)引入的[25，结合了电流输送器和电流反馈运放的特点，以及额外的电流输出，增加了电路设计的灵活性。基于OFCC的电路文献综述[26- - - - - -32显示电压模式滤波器[26- - - - - -28，可变增益放大器[29，惠特森桥[30.，以及仪表放大器[31]及读出电路[32)是可用的。电流模式滤波器的研究[1,4- - - - - -22表明文献中没有基于OFCC的电流模式滤波器。因此，本文提出了一种基于单输入四输出OFCC的电流模式滤波器。该滤波器采用三个OFCCs，两个接地电容器和两个接地电阻。电阻器采用mosfet实现，以实现滤波器参数的电子可调。该滤波器具有低分量扩展和低灵敏度的特点。同时考虑了OFCC的有限跨阻和寄生特性，对该电路进行了分析。利用MOSIS (AGILENT)提供的0.5µm CMOS工艺模型，通过SPICE仿真验证了所提电路的功能。

2.电路描述

2．1．OFCC

可操作浮流输送机(OFCC)的电路符号[23,24如图所示1．它有一个低阻抗电流输入端口和高阻抗电压输入端口．它也有一个低阻抗电压输出端口和高阻抗电流输出端口,,,．端口输出电压是端口输入电流的乘法吗开环跨阻增益．OFCC的端口关系用矩阵表示如下: 可以注意到，端口的电压是否与端口输入电压相同，因此电压跟踪动作可在输入端口。输出电流流过端口复制到端口和在阶段和到端口和不相，从而在输出端口提供电流跟踪。数字2给出了基于CMOS的OFCC原理图，该原理图是基于[29］．

2．2．提出了过滤器

本节介绍基于OFCC的电流模式单输入四输出滤波器的实现，如图所示3.,提出了。它采用了三个ofcc，每个都有两个接地的电容器和电阻。通过对电路的分析，得到以下传递函数: 在哪里 因此，提出的电路提供低通、带通和陷波(带阻)响应同时在高阻抗。可以注意到，电流在高阻抗时不能明确使用，因此不能直接使用。然而,通过连接和，可以在高输出阻抗下提供高通响应。这种安排使低通、带通和高通响应同时可用。同样，通过连接带通和陷波器输出电流，可以很容易地得到全通函数，即:，其传递函数为 可以注意到，所有五个过滤器响应都可以通过添加在第二个OFCC的阶段(图3.）.此外，对过滤器响应的实现没有匹配约束。

所有响应均以极频()、带宽(/)及品质因子()作为 方程(6)表明极点频率()及品质因子()可通过,没有令人不安的．的正交可调性和可以通过同步调整来实现吗和这样产品保持常数和商变化，反之亦然。各分量值的比率为中等值()，即从低分量扩散[34，值高-factor。因此，分量分布的顺序是．

该滤波器使用接地电阻，可以很容易地使用图中给出的MOS结构实现4［33］．它使用两个二极管连接匹配的晶体管，工作在饱和区域。假设，电阻器的值为 其中，µ为载体移动性，为单位面积的栅极电容，是阈值电压，和,分别为通道宽度和长度。

所提电路的灵敏度分析如下: 因此，一切消极的敏感都不过是量的统一而已。因此，所提出的滤波电路可归为不敏感电路。

2．3.有限跨阻增益的影响

本节考虑了OFCC的有限跨阻增益的影响，并对高频应用进行了补偿。理想情况下是跨阻增益假设趋近于无穷。然而,在实践中,是一个与频率相关的有限值。采用单极模型进行跨阻增益，表示为[29］ 的参数直流开环跨阻增益和为跨阻截止频率。对于高频应用，跨阻增益，近似为 在哪里 取单极模型的低通传递函数2)修改 在哪里 包含有价值的电容器终端间连接第二和第三个OFCCs的基础抵消了从而使两者和等于团结。因此，补偿后的低通滤波器传递函数为(2）.类似的分析也适用于其他回应。

２.４.其他非理想的影响

第二组非理想性来自OFCC的寄生体，它由在终端并联的电阻和电容组成,,,,(例如,,,,）.这些寄生体对滤波器响应的影响很大程度上取决于电路拓扑结构。提出的滤波器拓扑如图所示3.在这些寄生虫的存在下，会被修饰成图5在哪里,,,；下标指的是th OFCC和表示th终端。可以注意到，寄生电容的影响可以通过预先调整外部电容的值来调节。寄生体在和．因此，通过选择足够低的工作频率，实际上可以消除寄生阻抗的影响，从而使滤波器接近理想响应。

3.仿真结果

为了验证所提出的基于OFCC的电流模式滤波器的功能，使用MOSIS (AGILENT)提供的0.5µm CMOS工艺模型和Figure的CMOS原理图进行SPICE仿真2与电源电压V和V。晶体管的长宽比报告在表中1［29］．

在极点频率为1.59 MHz时进行了模拟，分量值为1的pF和MOS电阻器选择偏置电压为±1.310 V。数字6显示了低通、带通和高通响应的仿真结果。缺口和所有通道响应的相位和幅度图如图所示7和8,分别。这些反应证实了理论预测。

正交平差与如图所示9其中的价值被认为是。电容器和为100pf，偏置电压随电阻器的值不同如表所示2．数字10显示正交平差与kHz。的值为常值为获得pF和偏置电压以及由此产生的电阻值列于表中3.．

为了研究该滤波器的时域特性，采用频率为500 KHz、振幅为2µA的输入正弦信号。低通输出的瞬态响应如图所示11．为了证明该滤波器的有效性，我们在滤波器的输入端加入了频率分别为50 KHz、500 KHz和4 MHz、振幅分别为2µa的混合正弦信号。输入和输出信号的瞬态响应及其频谱如图所示12(一个)和12 (b)．可见，50 KHz、500 KHz信号通过时没有衰减，4 MHz信号衰减明显。

4.结论

本文提出了一种基于OFCC的单输入四输出电流模式滤波器。该电路仅使用三个OFCCs、两个接地电阻和两个接地电容。低通，带通和陷波响应可用在高阻抗，而高通和所有通响应可以通过增加在第二个OFCC的阶段。滤波器参数通过MOS接地电阻进行电子调谐。文中还考虑了有限跨越阻抗和寄生对滤波器参数的影响。

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