电流模式n阶CCCII多功能滤波器的设计

1 引 言

A.Fabre等提出的电流控制传送器(CCCII)，克服了电流传送器(CCII)的X端存在的寄生电阻导致的基于CCII电路产生的传输函数的误差。同时，与OTA相比，对于同一偏置电流，CCCII的电导Gx比OTA的跨导Gm大4倍，因而提高了频响，降低了功耗，且电路结构简单，受到了国内外学者的高度重视。基于CCCII的二阶滤波器及高阶滤波器不断提出，但对高阶多功能电流模式滤波器的研究还明显不足。

本文基于梅森信号流图理论，讨论了n阶滤波器的信号流图设计方法，成功设计出了一种新颖的基于CCCII和MOCCCII实现的n阶多功能滤波器电路模型，该电路能实现低通、高通和带通滤波功能。该电路结构简单，含有最少的元件，且电路中所有电容均接地，易于集成。

2 电路理论与设计方法

2.1 CCCII简介

Fabre等提出的CCCII+实现原理及电路如图1(a)所示，电路符号如图1(b)所示，其端口传输特性为：

Rx为经X端的寄生电阻，。可见，Rx受偏置电流IB的控制。

多端输出MOCCCII是在CCCII的基础上用电流复制的方法得以实现，他能等比例地输出多个电流，其理想端口特性为：

2.2 电路实现

设基于电流模式n阶低通、高通、带通滤波器的传递函数的一般表达式为：

根据梅森信号流图思想，式(4)可由n条反馈通路和1条前向通路构成，并得信号流图如图2所示。

根据信号流图，可利用CCCII实现积分器和比例放大器，用MOCCCII多端输出实现反馈，形成电路，如图3所示。

为了实现MOCCCII的反馈作用，必须设计R2，使得R2等于MOCCCII的寄生电阻Rx0，即：

R2=Rx0

第n+1个CCCII的作用是实现比例放大，通过调节R1和其寄生电阻Rx的比值，可实现对增益的调节。当bi=ai时，图3中的Iin可直接连接至CCCII的输入端。

对比式(3)与图3，不难看出有下列参数关系：

其中：Rxj为第j个CCCII X端的寄生电阻。

从式(3)可以看出，适当选择电流输入端，能实现不同功能的滤波器。

(1) 低通：取i=0，即电流从第一个CCCII输入端输入。

(2) 高通：取i=n，即电流从MOCCCII的输入端输入。

(3) 带通：当n为偶数时，取i=n／2；当n为奇数时，取i=(n±1)／2，即电流从第i+1个CCCII输入端输入。

3 设计实例与计算机仿真

为说明本文所提方法的可行性，对最平坦型Butter-worth截止频率为500 kHz的4阶低通、高通、带通滤波器进行设计。经分析取R1=R2=Rx1=Rx2=Rx3=Rx4=Rx0=1 kΩ，C1=832.169 7 pF，G2=416.1011 pF，C3=243.751 7 pF，G4=121.879 6 pF，其仿真结果如图4所示。

作者还对该电路的2，4，6阶截止频率为500 kHz的巴特沃兹低通滤波器进行了PSpice仿真，结果如图5所示，由此可以看出，随着阶数的增高，过渡带减小，幅频特性越好。

4 结 语

本文基于梅森信号流图理论，讨论了n阶多功能CCCII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CCCII实现的n阶多功能滤波器电路模型，该电路有如下优点：

(1) 设计方法简单；

(2) 通过选择不同的输入点，便可实现低通、带通、高通的滤波功能；

(3) 含有最少的元件(n或n+1个CCCII，一个MOC-CCII，n个电容，1个或2个电阻)；

(4) 通过对CCCII偏置电流的控制，可实现滤波器的极点角频率的电调谐；

(5) 所有的电容均接地，易于集成。