电流模式带通滤波器设计

潘佳华,杨金孝,张仁鹏,2

（1.西北工业大学 陕西 西安 710129；2.西安通信学院 陕西 西安 710106）

在电子电路中，人们长久以来习惯于采用电压而不是电流作为信号变量，并通过处理电压信号来决定电路的功能，从而促成了电压模式电路的诞生和发展。但是，随着被处理信号的频率越来越高，电压型电路的固有缺点开始阻碍它在高频、高速环境中的应用[1-4]。

近二十年来，以电流为信号变量的电路在信号处理中的巨大潜在优势逐渐被认识并被挖掘出来，促进了一种新型电子电路——电流模式电路的发展。

近年来，电流模电路在速度，带宽和线性度等方面比电压模式有明显的优势，受到越来越多的关注。因第二代电流传输器(CCII)比运算放大器具有更宽的频率范围与动态范围和较大的线性度而受到国内外学者的青睐。由CCII构成的各种有源滤波器、振荡器和阻抗模拟器不断涌出。由CCII及RC元件构成的电流模式滤波器，因具有功耗低、级联时不需要任何匹配装置、电路结构简单、便于集成等优点而特别引人注目。本文使用第二代传输器设计带通滤波器。

第二代电流传输器(CCII)就是典型的电流模电路的代表。无论信号的大小，都能比相应的运算放大器提供更大带宽下更高的增益，亦即更大的增益带宽积。

1 第二代电流传输器

CCII 的结构包括3个端口，如图 1 所示。

图1 第二代电流传输器Fig.1 CCII

在理想情况下，CCII 的外部特性可由以下特征关系矩阵定义：

由式（1）可知，CCII的输出电流Iz跟随X端电流，与Y端状态无关。Iz与Ix方向相同，Iz与Ix方向相反。X端电压跟随Y端电压[5]。

图2 二阶带通滤波器Fig.2 Second-order bandpass filter

2 电路分析

图2为本文设计的带通滤波器，本文仅使用一个CCII和两个电阻，两个电容构成简单的二阶带通滤波器。

二阶带通滤波器的传递函数为：

标准二阶带通滤波器传递函数为：

由公式(2)和公式(3)得：

CCII的实现电路：

图3 电流传输器电路原理图Fig.3 Circuit diagram of CCII

图3为本文所使用的CCII的内部电路图，本文选用的是场效应管来设计电流传输器。当前的CCII是由简单的电流镜组成的，通过几个晶体管实现[6]。

所有的场效应管的长度均选L=2 μm,而场效应管的宽，对于P型场效应管其宽为Wp=40 μm,，N场效应管其宽为Wn=16 μm,。

3 无源灵敏度

当R1=R2，C1=C2时，

由公式（7）和公式（8）， 对R1，R2，C1，C2的灵敏度为-1/2，A0对R2，C1的灵敏度为1/2，对R1，C2的灵敏度为1/2，Q对R1，R2，C1，C2的灵敏度均为0，因而滤波器具有很低的无源灵敏度。

4 电路仿真

利用Hspice[10]对设计的二阶滤波器电路进行仿真时，电容C1=C2=0.1 μF，电阻R1=R2=10 kΩ。得到的幅频特性和相频特性如图4所示。

理想的中心频率为159 Hz,由仿真得到的图4(a)的幅频特性曲线可知，仿真得到的中心频率与计算所得基本吻合，而其通带带宽约为440 Hz。而其相频特性也与理想情况下基本相符。

图4 仿真结果Fig.4 Simulation result

5 结束语

本文选用CCII（第二代电流传输器）设计电流模式的带通滤波器，为了使电路尽可能简单，本文仅选用一个CCII进行电路设计。

本文所设计的电流模式二阶带通滤波器具有以下特点：1）结构简单，仅选用一个CCII和4个RC元件；2）功耗低；3）本文设计的CMOS电流传输器具有低功耗高带宽的特点。

[1]赵玉山,周跃庆,王萍.电流模式电子电路[M].天津:天津大学出版社, 2001.

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