基于OTA和CCCII实现的n阶多功能滤波器

曾菊员

(罗定职业技术学院电子信息系，广东罗定 527200)

0 引言

近年来，连续时间滤波器的研究受到了电路与系统学界的高度重视，并在通信、信号与信息处理及计算机外围设备等领域得到成功地应用［1～6］。运算跨导放大器(OTA)和多端输出的电流控制第二代电流传输器(CCCII)作为电流模式电路中的基本有源器件，具有很强的通用性和灵活性，它们已经成为电流模式电路中最基本的模块。

基于OTA与CCCII的二阶滤波器的设计已经比较成熟，已见一些典型电路，但是由OTA和CCCII结合起来实现的高阶滤波器目前还未见介绍。

本文基于迈逊信号流图理论，讨论了n阶滤波器的信号流图设计方法，设计出了一种新颖的基于OTA和CCCII的n阶多功能滤波器，它具有良好高频特性。

该多功能滤波器采用多重反馈的结构形式，其电路结构比较简单。它由一个CCCII，n个OTA和电容共同构成。我们改变反馈的级数就可以实现任意阶的电流模式滤波。

1 n阶多功能滤波器的分析与设计

由上式可得实现传递函数的信号流图，如图1所示。在信号流图中，共包括n个积分器，可用理想积分器实现，各输入变量与各积分器输出信号的相加可用形式加法器实现。

图1 式(2)的信号流图

根据图1得到实现函数式(2)的多功能滤波器由OTA积分器和CCCII加法器组成。如图2(a)所示的积分器传递函数为Io/Ii=G/SC。能实现求和功能的如图2(b)所示加法器传递函数为Io=Ii1+Ii2。

图2 多功能滤波器组成单元电路

根据信号流图，运用上述的积分器及加法器便可实现n阶基于OTA及CCCII的电流模式多功能滤波器，如图3所示。

图3 n阶基于OTA及CCCII的电流模式多功能滤波器

图中，C1～n为积分器输入端外接电容，G1～n为OTA积分器的增益。

在图3中，根据OTA及CCCII的端口特性有

可以看出:式(3)可以实现高通滤波器功能，式(6)可以实现低通滤波器功能，式(4)～式(5)中任意一个式子都可以实现带通滤波器功能。若将式(3)与式(6)相加可得

2 设计举例

根据上述分析过程，我们可以设计一个四阶巴特沃思低通滤波器，如图4所示。

图4 四阶巴特沃斯低通滤波器原理图

四阶巴特沃斯低通LP、带通BP、高通HP和带阻BS滤波器的传递函数H(S)分别为

图5 OTA的实现电路

CCCII采用图6所示的电路。基于OTA和CCCII实现的四阶多功能滤波器频率响应特性实验仿真结果如图7所示。由图可见，仿真结果与理论分析完全一致，从而表明了本文所提出的电路设计方案的正确性。

图6 CCCII的实现电路

图7 四阶多功能滤波器幅频响应

3 结语

本文基于迈逊信号流图理论，讨论了n阶多功能滤波器的信号流图设计方法，成功地设计出了一种新颖的基于OTA和CCCII-实现的n阶多功能滤波器电路模型。该电路具有以下优点:

(1)设计方法简单明了，综合性强。无需改变电路结构，便可方便实现n阶低通、高通、带通、带阻以及全通五种基本功能的滤波电路。

(2)电路中不用电阻元件，且所有的电容元件都接地，有利于电路集成;

(3)无源灵敏度低;

(4)所设计的滤波器具有良好的高频性能。

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