基于AOA的多功能n-1阶电流模式滤波器

2007-12-14 17:57:39来源: 电子元件与材料

已有文献报道了电流模式n阶CCCII(±)-低通滤波器的系统设计,这种设计方法思路清晰,数学简便。然而,由于CCII(second generation currentconveyor)、CCC II (second generation currentcontrolled conveyor)的Y端高阻抗,不仅使以它为有源器件的积分器易受寄生电容影响,误差大,而且使反馈网络有不可忽视的正向传输,使得理论分析误差大;此外,CCCII的X端寄生电阻与温度成正比,致使滤波器参数温度的稳定性差。为此,笔者用AOA有源器件代替CCC II,因AOA输入端“虚地”,从而解决了因使用CCCII所带来的问题,并通过巧妙设计,获得了低通、高通和两种带通滤波功能。

1 AOA及其基本电路模块

AOA的电路符号如图1(a)所示。当AOA为理想情况下,则μ=∞,Ii=Io-/μ=Io+/μ。当引入负反馈后,AOA是输入端“虚地”、“虚断”,输出电阻为无穷大,电流增益亦为无穷大的差动输出理想电流放大器。

由AOA构成的多路输出积分器如图1(b)所示。由图知:


可见这是有两个输出的电流模式的反相积分器。因输入端“虚地”,积分器的时间常数较少受寄生电容的影响,故该积分器精度高。

由AOA构成的多路输出比例电路如图1(c)所示。其反相输出为:

2 AOA多功能n-1阶电流模式滤波器

由n-1个AOA两输出反相积分器和一个AOA多路输出比例电路构成的多功能n-1阶电流模式滤波器如图2所示。

式中:Io=[Io1,Io2, …Ion]T,If=[If1,If2, …Ifn]T。为保证积分器的关系成立,其输出端需“虚地”,因此反馈网络的输入Io与输出If应短接,则有Fij=-1。

考虑到反馈网络只有反相传输,在i>j时,必有Fij=0,所以F为一上三角阵。再考虑到只引入负反馈,当i为奇数,j为偶数;或者当i为偶数,j为奇数时,应有Fij=0。则反馈网络矩阵为

根据AOA积分器的端口特性,可列出电流方程组(7),其中τi=RiCi,i=1,2,…,n-1,k=Rn/Rn’。由式(6)、(7)得式(8),其中Ii=[Ii1,Ii2,…,Iin]T为输入电流向量,Io=[Io1,Io2, …,Ion]T为输出电流向量。滤波器的系统矩阵A(s)为式(9)。

其中|A(s)|为矩阵A(s)的系数行列式,A*(s)为A(s)的伴随矩阵。

若Io=Ion,解式(10)得

其中Aij表示A中各元素在A中的代数余子式。从而得到多输入、单输出多功能滤波器。

若Ii=Iin,Ii1=Ii2=…=Iin-1=0,解式(10)得

从而得到单输入、多输出多功能滤波器。

3 设计实例

为运算简单,以三阶多输入、单输出多功能巴特沃思滤波器为例进行说明。由式(9)得三阶滤波器的系统矩阵为:

为获得低通、带通、高通输出,令f11=f22=f33=f44=f13=0,则有

其中

为使系统稳定、简单,选取k=1,f34=1,f14=1,f24=-1。若取τ1τ2τ3=1,τ1τ2=2,τ1=2,则τ2=1,τ3=0.5,即为三阶巴特沃思滤波器。如图3所示。

若Ii=Ii1,Ii2=Ii3=Ii4=0,则有

Io/Ii=1/s3+2s2+2s+1

实现了三阶巴特沃思低通滤波。

若Ii=Ii2,Ii1=Ii3=Ii4=0,则有

Io/Ii=-2s/s3+2s2+2s+1

实现了三阶巴特沃思带通滤波。

若Ii=Ii3,Ii1=Ii2=Ii4=0,则有

Io/Ii=2s2/s3+2s2+2s+1

实现了三阶巴特沃思带通滤波。

若Ii=Ii4,Ii1=Ii2=Ii3=0,则有

Io/Ii=-s3/s3+2s2+2s+1

实现了三阶巴特沃思高通通滤波。

4 计算机仿真

在图3中,取τ1τ2τ3=1,τ1τ2=2,τ1=2,则τ2=1,τ3=0.5即为三阶巴特沃思滤波器。设截止频率为105rad/s,若取R=10 kΩ,则去归一化后电容值为C1=2 nF,C2=1 nF,G3=0.5 nF。具体仿真时,先将AOA按文[10]给出的双极型电路实现,然后创建其子电路。再按图3电路进行仿真。为了能用EWB软件仿真电流模电路,考虑到AOA端“虚地”,故可用电压源串联10 kΩ电阻等效电流源Ii,则输入、输出电压除以10 kΩ即代表输入、输出电流(单位是mA),从而实现电流模电路仿真。结果如图4所示,其中曲线(1)代表单位输入电流(1 mA),(a)、(b)、(c)、(d)中曲线(2)分别为低通、带通、带通、高通电流增益,可见与理论分析一致。

5 结论

提出了一种设计AOA多功能高阶电流模滤波器的系统方法,该滤波器可在同一端口分别实现多种滤波功能,也可在不同端口同时实现多功能滤波。与CCCII(±)高阶低通电流模式滤波器相比,其最大特点是理论误差小,精度高;滤波器参数取决于无源电阻、电容,与温度无关,因而稳定性好。这对VLSI单片集成技术,有着重要的参考作用。

关键字:输入  电阻  差动  放大

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/fdq/200712/113.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
输入
电阻
差动
放大

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved