基于CDTA的连续时间模拟滤波器的研究

摘要

随着集成电子电路技术的飞速发展，全集成连续时间模拟滤波器作为集成电路中的一个重要应用，成为国内外微电子、电路与系统学界研究的热门课题。基于电流差分跨导放大器(CDTA)的滤波器具有工作电压低、动态范围大、线性度好、高速、低功耗和结构简单等特点，成为众多滤波器研究设计中最具潜力的一类。
　　 本文主要研究了电流差分跨导放大器及其在连续时间模拟滤波器方面的应用。文章首先介绍了滤波器的一些基本概念、类型和发展概况，概述了电流差分跨导放大器及其应用的研究进展。基于对电流模式电路、电流差分跨导放大器和滤波器的研究，提出了一种新的电流差分跨导放大器电路，以电流差分跨导放大器为基本单元结合信号流图法，提出了两种连续时间双二阶模拟滤波器。论文的主要工作和创新如下:
　　 (1)提出了一种基于全NMOS复合晶体管的电流差分跨导放大器电路。电路具有低输入阻抗，低电源电压和功耗，较小的失调和漂移，良好的高频特性和低噪声特性等优点。为了验证所提电路的正确性，对电路的端口特性、输入输出阻抗进行了理论分析，PSpice仿真验证了电路的正确性。
　　 (2)提出了一种单片CDTA实现的三输入单输出双二阶多功能滤波器。电路由一个CDTA基本模块、两个电容和两个电阻组成。电路结构简单、无源元件少，通过改变输入信号的接入点，能实现二阶滤波器(低通、带通、高通、带阻、全通)的全部功能。
　　 (3)提出了一种由信号流图法综合实现CDTA双二阶滤波器的设计方法。结合CDTA的端口特性将二阶低通滤波器的信号流图演变为双二阶滤波器的信号流图，然后利用CDTA构建的基本电路模块来模拟信号子流图，实现由信号流图到双二阶滤波器电路的转变。利用该设计方法提出了一种多输入多输出的双二阶滤波器。所提出的滤波器电路，灵敏度低，固有频率ω0和品质因素Q独立可调。通过PSpice软件对提出的滤波器进行仿真，结果与理论分析吻合。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 滤波器理论

1．2．1 基本概念

1．2．2 滤波器的分类

1．2．3 连续时间滤波器

1．3 CDTA及其滤波器的研究现状

1．3．1 CDTA电路的研究进展

1．3．2 基于CDTA的滤波器的研究进展

1．4 本文研究的目的和意义

1．5 本文的主要研究内容和结构安排

1．5．1 本文主要研究内容

1．5．2 本文的结构安排

第2章 电流模式电路及电流差分跨导放大器

2．1 引言

2．2 电流模式电路概述

2．2．1 电流模式电路基本概念

2．2．2 电流模式电路的性能特点

2．3 CDTA的模块化结构

2．3．1 电流差分跨导放大器的端口特性及电路符号

2．3．2 第二代电流传输器及跨导放大器

2．4 电流差分跨导放大器的实现电路

2．4．1 双极型晶体管实现的CDTA电路

2．4．2 CMOS场效应管实现的CDTA电路

2．5 基于CDTA的模拟运算电路

2．5．1 放大器

2．5．2 加-减法器

2．5．3 积分器

2．5．4 有源模拟电阻

2．6 小结

第3章 一种全NMOS的电流差分跨导放大器的设计

3．1 引言

3．2 电流镜的基本原理

3．2．1 电流镜概念

3．2．2 基本电流镜

3．3 提出的电流差分跨导放大器

3．3．1 电流差分电路

3．3．2 跨导放大电路

3．3．3 电流差分跨导放大器电路

3．4 CDTA电路的仿真

3．5 与相关文献的比较

3．6 小结

第4章 基于单片CDTA的双二阶滤波器的设计

4．1 引言

4．2 二阶滤波函数的概念

4．3 基于单片电流差分跨导放大器的双二阶滤波器的实现

4．4 灵敏度与非线性分析

4．4．1 灵敏度的定义

4．4．2 非线性和灵敏度分析

4．5 CDTA电路仿真

4．6 与相关文献的比较

4．7 小结

第5章 基于信号流图法的CDTA滤波器的综合实现

5．1 引言

5．2 信号流图法

5．2．1 信号流图

5．2．2 梅森公式

5．3 信号流图实现双二阶滤波函数

5．3．1 基本电路模块及其信号流图

5．3．2 双二阶函数的信号流图

5．4 信号流图法推导的CDTA双二阶滤波器

5．5 与相关文献的比较

5．6 小结

结论

参考文献

致谢

附录A (攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录)

附录B (攻读硕士学位期间所参与的科研活动)