基于OTA和CCCII實現(xiàn)的n階多功能濾波器

曾菊員

(羅定職業(yè)技術學院電子信息系，廣東羅定 527200)

0 引言

近年來，連續(xù)時間濾波器的研究受到了電路與系統(tǒng)學界的高度重視，并在通信、信號與信息處理及計算機外圍設備等領域得到成功地應用［1～6］。運算跨導放大器(OTA)和多端輸出的電流控制第二代電流傳輸器(CCCII)作為電流模式電路中的基本有源器件，具有很強的通用性和靈活性，它們已經成為電流模式電路中最基本的模塊。

基于OTA與CCCII的二階濾波器的設計已經比較成熟，已見一些典型電路，但是由OTA和CCCII結合起來實現(xiàn)的高階濾波器目前還未見介紹。

本文基于邁遜信號流圖理論，討論了n階濾波器的信號流圖設計方法，設計出了一種新穎的基于OTA和CCCII的n階多功能濾波器，它具有良好高頻特性。

該多功能濾波器采用多重反饋的結構形式，其電路結構比較簡單。它由一個CCCII，n個OTA和電容共同構成。我們改變反饋的級數(shù)就可以實現(xiàn)任意階的電流模式濾波。

1 n階多功能濾波器的分析與設計

由上式可得實現(xiàn)傳遞函數(shù)的信號流圖，如圖1所示。在信號流圖中，共包括n個積分器，可用理想積分器實現(xiàn)，各輸入變量與各積分器輸出信號的相加可用形式加法器實現(xiàn)。

圖1 式(2)的信號流圖

根據(jù)圖1得到實現(xiàn)函數(shù)式(2)的多功能濾波器由OTA積分器和CCCII加法器組成。如圖2(a)所示的積分器傳遞函數(shù)為Io/Ii=G/SC。能實現(xiàn)求和功能的如圖2(b)所示加法器傳遞函數(shù)為Io=Ii1+Ii2。

圖2 多功能濾波器組成單元電路

根據(jù)信號流圖，運用上述的積分器及加法器便可實現(xiàn)n階基于OTA及CCCII的電流模式多功能濾波器，如圖3所示。

圖3 n階基于OTA及CCCII的電流模式多功能濾波器

圖中，C1～n為積分器輸入端外接電容，G1～n為OTA積分器的增益。

在圖3中，根據(jù)OTA及CCCII的端口特性有

可以看出:式(3)可以實現(xiàn)高通濾波器功能，式(6)可以實現(xiàn)低通濾波器功能，式(4)～式(5)中任意一個式子都可以實現(xiàn)帶通濾波器功能。若將式(3)與式(6)相加可得

2 設計舉例

根據(jù)上述分析過程，我們可以設計一個四階巴特沃思低通濾波器，如圖4所示。

圖4 四階巴特沃斯低通濾波器原理圖

四階巴特沃斯低通LP、帶通BP、高通HP和帶阻BS濾波器的傳遞函數(shù)H(S)分別為

圖5 OTA的實現(xiàn)電路

CCCII采用圖6所示的電路?；贠TA和CCCII實現(xiàn)的四階多功能濾波器頻率響應特性實驗仿真結果如圖7所示。由圖可見，仿真結果與理論分析完全一致，從而表明了本文所提出的電路設計方案的正確性。

圖6 CCCII的實現(xiàn)電路

圖7 四階多功能濾波器幅頻響應

3 結語

本文基于邁遜信號流圖理論，討論了n階多功能濾波器的信號流圖設計方法，成功地設計出了一種新穎的基于OTA和CCCII-實現(xiàn)的n階多功能濾波器電路模型。該電路具有以下優(yōu)點:

(1)設計方法簡單明了，綜合性強。無需改變電路結構，便可方便實現(xiàn)n階低通、高通、帶通、帶阻以及全通五種基本功能的濾波電路。

(2)電路中不用電阻元件，且所有的電容元件都接地，有利于電路集成;

(3)無源靈敏度低;

(4)所設計的濾波器具有良好的高頻性能。

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