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基于新型CCCII电流模式二阶带通滤波器设计

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第２０卷　第１７期　
Ｖｏ１．２０　
Ｎｏ．１７　
电子设计工程　
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　
２０１２年９月　
Ｓｅｐ．２０１２　
基于新型ＣＣＣＩＩ电流模式二阶带通滤波器设计　
李妍。于海勋　
（西北工业大学电子信息学院，陕西西安７１０１２９）　
摘要：针对传统第二代电流传输器（ＣＣＩＩ）电压跟随不理想的问题，提出了新型第二代电流传输器（ＣＣＣＩＩ）并通过采用　新型第二代电流传输器（ＣＣＣＩＩ）构成二阶电流模式带通滤波器，此滤波器只需使用２个电流传输器和２个电容即可　
完成设计。设计结构简单。其中心频率可由电流传输器的偏置电流控制。利用ＨＳｐｉｃｅ软件仿真分析并验证了理论设　计的准确性和可行性。　
关键词：电流模式电路；电流传输器；二阶带通滤波器；ＨＳｐｉｃｅ　中图分类号：ＴＮ７１３　
文献标识码：Ａ　
文章编号：１６７４—６２３６（２０１２）１７—００９０—０３　
Ｃｕｒｒｅｎｔ．ｍｏｄｅ　ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ　ｂａｎｄｐａｓｓ　ｍｔｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｎｏｖｅｌ　ＣＣＣＩＩ　
ＬＩ　Ｙａｎ．ＹＵ　Ｈａｉ—ｘｕｎ　
（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’帆７１０１２９，Ｃｈｉｎａ）　
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆａｃｔ　ｔｈａｔ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｆｏｌｌｏｗｅｒ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｓｅｃｏｎｄ—ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｖｅｙｏｒ（ＣＣＩＩ）ｉｓ　ｕｎｓａｔｉｓｆａｔｏｒｙ，　ａ　ｎｅｗ　ｓｅｃｏｎｄ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｖｅｙｏｒ（ＣＣＣＩＩ）ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ　ｂａｎｄｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ，ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｉｎ　
ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍｏｄｅ，ｉｓ　ａｌｓｏ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ　ｃｕｒｒｅｎｔ－ｍｏｄｅ　ｂａｎｄｐａｓｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｕｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　
ｎｅｗ　ｓｅｃｏｎｄ—ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｖｅｙｏｒ（ＣＣＣＩＩ），ａｎｄ　ｏｎｌｙ　ｔｗｏ　ＣＣＣＩＩ＋ｓ　ａｎｄ　ｔｗｏ　ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ　ｃｏｕｌｄ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ　
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｎ　ｇｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ．Ｉｔｓ　ｃｅｎｔｒｌａ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｄｊｕｓｔｅｄ　ｂｙ　ａｃｔｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂｉａｓ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｙｏｒｓ．ＨＳｐｉｃｅ　
ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｖｅｒｉｆｙ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｎｄ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｄｅｓｉｇｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍｏｄｅ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ；ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｖｅｙｏｒ；ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ　ｂａｎｄｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ；ＨＳｐｉｅｅ　
近几十年来，随着被处理信号的频率不断提高，电压型　
运算放大器的固有缺点开始阻碍其在电路中应用。由此以电　流为信号变量的电路在信号处理中的潜在优势逐渐被认识　并被挖掘出来，促成了电流模式电路的发展［１１。电流模式电路　就是能够有效地传送、放大和处理电流信号的电路。在电流　模式电路中，以电流作为变量分析和标定的电路。随着信息　技术的不断发展，信号处理在生活中的地位也不断提高。而　滤波器是信号处理系统设计中最基础、最重要的环节之一，　
和混合环路组成。可运用于频率为兆赫范围内的电路中。但　其内部电路的输入端Ｘ端和Ｙ端存在一个寄生电阻，当偏置　电流很低时，该寄生电阻不能被忽略。因而造成Ｘ端与Ｙ端　电压跟踪无法达到理想的程度翻。由此１９９６年．Ａｌａｉｎ　Ｆａｂｒｅ　
等人基于跨导线性环特性推出了新型电流传输器（ＣＣＣＩＩ）ｔ　，　随后的新型电流传输器都是基于此特性实现的。　１．１　跨导线性（ＴＬ）原理　
跨导线性原理是由Ｂ．Ｇｉｌｂｅｒｔ提出的．这个原理简化了非线　
然而传统的模拟信号处理基本上都基于运算放大器，由于运　算放大器固有的缺点，即的一３　ｄＢ闭环带宽与闭环增益的乘　积为常数。因而电流模式信号处理电路技术成为当今国际上　的前沿课题。电流传输器是电流模模拟信号处理领域中很重　要的部件之一。第二代电流传输器（ＣＣＩＩ）于１９７０年被提出，　其独特的电流传输特性使它成为电流模电路中的基本积木　块，在电流模式信号处理电路中获得了广泛的应用。但由于　自身电路设计的不足，使电流传输特性无法达到理想程度，　ｍ此新型第二代电流传输器被提出。　
性电路的计算，即适用于小信号，又适用于大信号。尤其在较大　
规模的电路中，只要存在“跨导线性环”，就会使电路计算大大简　
化。在电流模电路中，几乎到处都可以找到“跨导线性环”。　
跨导线性环是由正偏的发射结或二级管组成的闭合环路，　其中顺时针方向的正偏结数等于反时针方向的正偏结数。图１　
是由双极型管组成的跨导线性环。ＴＬ回路必须满足在回路中　
必须有偶数个（至少两个）正偏发射结和顺时针方向排列的正　偏结数与反时针方向排列的正偏结数目必须相等。　
因为跨导线性环中各ＢＪＴ管均处于正偏放大区，所以环　中第　个晶体管的电流传输方程可表示为：　
ｒ　
１　新型第二代电流控制电流传输器ＣＣＣⅡ　
第二代电流传输器（ＣＣＩＩ）由互补电流镜，跨导线性部分　
嘲＝　Ｉｎ　（１）　
其中　＝　
收稿日期：２０ｌ２一Ｏ７一Ｉ４　
９０－　
，　是热电压，在常温下其值约为２６　ｍＶ。　
稿件编号：２０１２０７０９２　
作者简介：李妍（１９８８一），女，陕西西安人，硕士。研究方向：　嵌入式系统与集成电路设计。　
－

李妍，等基于新型ＣＣＣＩＩ电流模式二阶带通滤波器设计　
图１跨导线性环　
Ｆｉｇ．１　Ｔｒａｎｓｌｉｎｅａｒ　ｌｏｏｐ　
此式为环中第　个晶体管正偏发射结的电压表达式，沿环一　周各正偏结的电压之和应等于零，即：　
∑　竭：ｏ　（２）　
ｊ＝ｌ　
将式（１）代入式（２）可得：　
ｊ＝ｌ∑　ｌ　
ｎ争＝０　（３）　
式中：厶为每个结的反向饱和电流。因为在环内，顺时针　方向（ＣＷ）的正偏结数必定等于反时针方向（ＣＣＷ）的正偏结　数，并且应用一系列对数之和为零可以改写成一系列乘积项　为１。则有：　
等＝　ｃ４　
由于在ＴＬ环路中发射结反向饱和电流　与发射结的面　
积成正比，在，Ｉ’Ｌ环路的制造工艺中可控制发射区的几何尺　寸来实现所需的发射区面积之比。因此上式中的厶可表示为：　
：Ａｊ　其中Ａ，是第Ｊ个结的发射区面积，　是由几何尺寸决　
定的发射结反向饱和电流密度。　