基于MOCCⅡ和MCCCⅡ的电流模式连续时间滤波器研究

摘要

连续时间滤波器由于具有较宽的信号带宽、更大的线性度和动态范围、优良的信号处理能力和低电源电压供电等特点,使之而成为当今国内外微电子、电路与系统学界研究的热门课题,它在数模混合信号处理以及通信集成电路中有着重要的应用。基于MOCCII和MCCCII的电流模式滤波器具有动态范围大、线性度好、高速、低耗、结构简单等特点成为众多电流模式滤波器中最具发展潜力的一种滤波器。本文研究了MOCCII和MCCCII的电路实现及基于MOCCII和MCCCII二阶电流模式滤波器和高阶电流模式滤波器的设计。主要工作包括以下几个方面:
　　1、以交叉耦合差动式跨导器电路为基础,提出了结构简单、工作电压低的CMOS CCII电路,采用基本电流镜实现了CMOS MOCCII电路。对提出的CMOS MOCCII电路进行了PSPICE模拟。模拟结果表明,在±2.5V电源电压下,该电路能很好地满足MOCCII的端口特性:v X跟随vY的截止频率均大于100MHz, I Z、I Z跟随I X截止频率均大于60MHz,当n值取10时,60MHz范围内,Z端口电流的传输误差小于0.3％,当n值达到50时,Z端口电流的传输误差小于0.1%, n越大,Z端口电流与X端口电流的传输误差越小。
　　2、提出了以跨导线性为基础的由双极晶体管构成的电流控制传输器电路(MCCCII),该电路具有工作频率高、噪声低的特点。通过调节偏置电流I B可以方便地控制电路内部参数Rx,这在可调谐电流模式滤波器设计中非常关键。在±5V电源电压,Y端口加入的信号电压范围为-10mV~+10mV下,v X跟随vY的截止频率均大于85MHz, I Z、I Z跟随I X的截止频率均大于40MHz,在曲线较平坦的范围内满足:vX/vY=0.98, XIZ1/I=1.02, XIZ2/I=1.02,IZ1/IX=IZ2/IX=1.03。仿真的结果证实了所提出的电路完全可以实现电调谐电流传输器的功能,而且性能较好。
　　3、在二阶滤波器方面,提出了基于MOCCII的KHN结构的电流模式滤波器电路、多输入单输出电流模式滤波器、最小元件的通用二阶电流模式滤波器及基于MCCCII的电调谐电流模式二阶滤波器参数等四种MOCCII电流模式滤波器电路。
　　(1)提出的KNH电流模式滤波器由3个MCCCII器件及6个RC元件构成,能同时实现低通、带通、高通输出。
　　(2)提出的多输入单输出的通用电流模式滤波器能实现低通、带通、高通、带阻及全通五种滤波输出。
　　(3)提出的最小元件的通用二阶电流模式滤波器由2个MOCCII器件及4个RC元件构成,能实现低通、带通、高通、带阻以及全通五种滤波输出。
　　(4)提出了一种最小元件的电调谐多输入多输出二阶电流模式滤波电路,只需2个MCCCII和2个接地电容元件,无需接任何电阻元件,不仅能实现多输入单输出的低通、带通、高通、带阻、全通电流模式滤波器,还能实现三种不同类型的具有同时多输出的电流模式滤波器,且滤波器的极点角频率可通过调节偏置电流的大小实现电调谐。电路具有设计简单、灵敏度低和模块化的优点。
　　4、在高阶滤波器方面,提出了基于MCCCII多环反馈电流模式滤波器的系统设计理论和设计方法和基于MOCCII的最小元件的多输入单输出滤波器设计电路。
　　(1)提出了基于MCCCII多环反馈电流模式滤波器的系统设计理论和设计方法。用该理论和方法可以设计多种形式的n阶低通滤波器,所设计的滤波器仅含n个MOCCII及n个C元件,无需任何电阻元件,其电路结构非常简单。
　　(2)提出的基于MOCCII多输入单输出滤波器仅由n个有源器件、n个电容及n个电阻构成,其电路结构非常简单,不需要改变电路结构,仅需要改变外接电流信号的连接方式就能产生n阶低通、带通、高通及带阻滤波输出,所以该电路便于集成。

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第一章 绪论

§1.1 滤波器发展概述

§1.2 连续时间滤波器

§1.3 电流模式电路特点

§1.4 本文的主要研究内容与章节安排

第二章 晶体管模型和电流镜

§2.1晶体管模型

§2.2 电流镜

§2.3 本章小节

第三章 多输出端电流传输器的电路设计

§3.1 CMOS MOCCII电路设计

§3.2 双极型跨导线性 MCCCII电路设计

§3.3 本章小结

第四章 基于多输出端电流传输器的二阶滤波器设计

§4.1 电流型二阶状态变量滤波器实现

§4.2 基于MOCCII的多输入单输出二阶电流模式滤波器

§4.3 基于MOCCII的最小元件的二阶通用电流模式滤波器

§4.4 基于MCCCII的电调谐电流模式二阶滤波器

§4.5 本章小结

第五章 基于多输出端电流传输器的n阶滤波器设计

§5.1 基于MCCCII的多环反馈电流模式滤波器的系统设计

§5.2 基于MOCCII的多输入单输出n阶电流模式滤波器[69]

§5.3 本章小结

第六章 结束语

致谢

参考文献

硕士在读期间的研究成果