【正文】 波器的設(shè)計(jì) .................................................................. 26 濾波器的基礎(chǔ)知識(shí) .................................................................................................... 26 高階濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 ............................................................................................ 26 CCII 濾波器設(shè)計(jì)方法 ................................................................................................. 27 設(shè)計(jì)濾波器需考慮的因數(shù) ........................................................................................ 29 n 階梯形濾波器的設(shè)計(jì) ...................................................................................... 30 舉例說(shuō)明 —— CCII 五階梯形濾波器 ................................................................ 31 本章小結(jié) ................................................................................................................... 34 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………………………………..35 致 謝 ………………………………………………………………………………………………………....36 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒 論 引 言 集成電路應(yīng)用領(lǐng)域的方向 在現(xiàn)代社會(huì) ,信息這個(gè)兩個(gè)字高度概括了這個(gè)社會(huì)的現(xiàn)代化的特點(diǎn) ,在如今現(xiàn)代化，信息化程度，快速上升的過(guò)程中 ,集成電路 (IC)芯片不可代替的作用也越來(lái)越明顯。集成電路產(chǎn)業(yè)將會(huì)是全世界經(jīng)濟(jì)的十分重要支柱產(chǎn)業(yè)。模擬集成電路，也被稱為一 個(gè)線性電路，用于產(chǎn)生，放大和處理各種模擬信號(hào)（指的振幅隨時(shí)間變化的信號(hào)，例如手機(jī)的音頻信號(hào)，錄香機(jī)的卡碟信號(hào)等），其輸入和輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為成比例的關(guān)系。 國(guó)有的最先進(jìn)的集成電路微處理器或多核處理器核心，可以控 制電腦到手機(jī)到數(shù)字微波。多年來(lái)，在集成電路不斷發(fā)展，以更小的尺寸，從而使每個(gè)芯片可以被封裝的電路。已越來(lái)越多的應(yīng)用到簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯集成電路的復(fù)雜的模擬電路。 電流傳送器研究的意義以及目前研究狀況 電流傳送器研究的意義 1968 年 ,加拿大學(xué)者 和 提出了一種全新的模擬基本器件一一電流傳送器 (CurlentConveyer,簡(jiǎn)稱 CC)。主動(dòng)態(tài)電流鏡和一個(gè)開(kāi)關(guān)電路的電流的離散時(shí)間模擬電路模型，在嚴(yán)格意義上的一些設(shè)備可以概括的電流 /電壓?；旌想娐?，這是電流模式的主要部分，把它們轉(zhuǎn)化為電流模式電路由于其當(dāng)前的性能起著重要作用，例如電流傳輸器，電流反饋運(yùn)算放大器和跨導(dǎo)放大器等。不管在大小信號(hào)變化的特殊情況下，電流傳送器也能比相對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)更大帶寬下更高的電壓增益，所以依據(jù)這種特殊性，電流 傳送器能夠在不久的將來(lái)替代運(yùn)算放大器成為最重要的電路設(shè)計(jì)元件，部分科學(xué)家已經(jīng)發(fā)出這樣的預(yù)言。人們發(fā)現(xiàn)，電 流模式電路可以解決電壓模式電路的問(wèn)題。 雖然電流傳輸器只有幾十年的歷史，但它已經(jīng)吸引了越來(lái)越多的關(guān)注，我相信會(huì)有更多更好的電流模式電路，對(duì)近期的表現(xiàn)。毫無(wú)疑問(wèn)，在不久的將來(lái)，電流模式電路將變化的電壓模式規(guī)則的模擬情境，信號(hào)處理領(lǐng)域中的兩種，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的新局面的形成。 介紹了模擬集成電路在當(dāng)代社會(huì)中的重要性和集成電路研究的必要 性，從電流傳送器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)入手 ,在給出其模型電路的基礎(chǔ)上 ,闡述了電流傳送器的基本工作原理。 電流傳輸器是一個(gè)功能強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)組件，在結(jié)合其他電子組件可以很容易 地構(gòu)成一個(gè)特定的電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了各種模擬信號(hào)處理功能。 在模擬技術(shù)中的幾個(gè)基本的信號(hào)處理功能（例如加 /減、比例、積分等），可以很容易地實(shí)現(xiàn)用電流傳送器。 學(xué)者預(yù)測(cè)當(dāng)前 輸送機(jī)等設(shè)備將取代運(yùn)算放大器是最常用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。 1。 那么輸入端 Y 端與 X 端，輸入端是 Z，公共接地端在另一端，這個(gè)元件的主要用處是假設(shè) U 加在輸入端 Y，那么在另外一個(gè)輸出端 X 出現(xiàn)相同的 U。所以，如此元件在兩種 X 和 Y 端口上分別擁有虛短路和虛開(kāi)路的輸入特性。當(dāng)圖 )中的晶體管 Q Q2 的相位匹配， Q3， Q4， Q5 匹配和電阻 R1， R2， R3 和匹配的所有晶體管具有較高的電流增益。 可以由通過(guò)使用兩種互補(bǔ) CC1+建立成 AB 類電流輸送機(jī)，它不是單極性的輸入和輸出電流，而是雙極性的輸入和輸出電流。它可用于測(cè)量的輸入阻抗小于 1Ω，工作頻率范圍從直流到 100MHz 的電流，其結(jié)果是令人滿意的。 C =1 表示流淌出來(lái)的 Z 側(cè)電流流入和當(dāng)前的 X，或 X 終端 Z 側(cè)電流電流輸送電流流入和流出 CCII。 圖 CCII 的電路符號(hào) 圖 CCII 的零子 任意子模型 顯然 ，發(fā)送端的電流可直接注入，也可能會(huì)產(chǎn)生由 X 側(cè)的端部的丫輸入電壓轉(zhuǎn)換，零偶極裝置的第二代電流傳輸器（ CCII+或 CCII－）端口。 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 （ ） 1981 年， Fakasawa 等人提出了一個(gè)運(yùn)算放大器，晶體管 和電阻器 CCII +電路，Higashimura 和 Fukui 使用它作為一個(gè)有源器件，一個(gè)三階低通和三階高通濾波器，得到一個(gè)較好的幅頻特性。 1989 年，帕提出了一種改進(jìn)的多輸出電流傳輸器（ MOCCII 實(shí)現(xiàn)）。網(wǎng)格可以被認(rèn)為是開(kāi)放的（與發(fā)射端 Y 相似），零輸入阻抗源水平（如發(fā)射機(jī)端）。如果在運(yùn)算放大器的反饋環(huán)路中放一只 PMOS管，則可實(shí)現(xiàn)另一種 CCII電路，在這種電路中，電流只可以從 X 端流入。如果如圖 28 所示那樣再加兩個(gè)互補(bǔ)電流鏡，就可以得到 CCII電路。在 1999 年， Chang 和 Lee 運(yùn)用 NPN 和 PNP晶體管的跨導(dǎo)改進(jìn)的電流傳輸。 CCIII 的 X 端和 Y 端電壓一樣，但是電流方向相反，同時(shí)輸出正反兩個(gè)方向的電流。 如果 圖中所有的晶體管和電阻器和晶體管相互匹配的高電流增益，它可以顯示出，流過(guò)晶體管的電流，等于 Q3~ Q5。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展， CMOS 技術(shù)可以輔助設(shè)備，電流傳輸 器可以很容易地使 用CMOS 工藝，如圖 （ b）顯示。假設(shè)該參考電壓 Y 端口，然后變成一個(gè)低阻抗或虛側(cè) X 端口，轉(zhuǎn)移到高阻抗輸出端口 Z 恒定電流從端口。此外，您還可以使用額外的電流鏡講 Z端輸出電流極性反向。原因?yàn)椋涸诩蛇^(guò)程中實(shí)現(xiàn)需要使用的橫向結(jié)構(gòu)，電流增益的典型值不能超過(guò) 20 兆赫帶寬的典型值不超過(guò) 5 兆赫之間的雙極性 PNP 晶體管， NPN 需要采用縱向結(jié)構(gòu)不能超過(guò) 350 兆赫的帶寬，典型的電流增益的典型值不能超過(guò) 100 兆赫。 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 CCII 的實(shí)現(xiàn) 如果晶體管是線性的，那么源極上存在一個(gè)和它相等的電壓是因?yàn)樽饔迷跂艠O上的電壓而導(dǎo)致的。所以，如果晶體管是理想的，那么可以將其視為負(fù)電流傳送器（ CCII） ,此晶體管理想條件則是應(yīng)具有基 射（或柵 源）和基極（柵極）有為零的電流這兩個(gè)特性。 它 是利用常見(jiàn)的兩個(gè) CMOS 運(yùn)算放大器和電流鏡的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，兩個(gè) CMOS 運(yùn)算放大器通過(guò)一個(gè)負(fù)反饋的方式實(shí)現(xiàn) CCII 的兩個(gè)輸入之間的電壓跟隨，使用簡(jiǎn)單的電流鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入和輸出之間的 CCII 電流跟隨。在文獻(xiàn)中， 史密斯 CCII 在受控源阻抗變壓器阻抗逆變器，旋轉(zhuǎn)裝置，和各種模擬計(jì)算元件中的應(yīng)用程序的詳細(xì)說(shuō)明中 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第四章 模擬電感 在集成電路中，由于工藝的原因，不允許有電感的出現(xiàn)，因此，以有源電路來(lái)模擬電感的功能一直是電路設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn) .電流傳送器這種新器件被提出后，很多人就一直在研究怎么用電流 傳送器為有源器件模擬電感，現(xiàn)在還不斷有新型的模擬電感問(wèn)世。 基于 AD844 模擬電感的實(shí)現(xiàn)電路 接地電感的實(shí)現(xiàn)與模擬 對(duì)于接地電感的模擬，我們根據(jù) AD844 端口特性，可以構(gòu)造如圖 電路實(shí)現(xiàn)： 圖 模擬接地電感 其傳輸阻抗 Z= 231ZZZ，當(dāng) Z Z3 為電阻， Z2 為電 容時(shí)， Z 表現(xiàn)為感性阻抗。 說(shuō)明：此設(shè)計(jì)雖然可以很接近實(shí)際的電感，但是其結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，在我們實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中還時(shí)不容易實(shí)現(xiàn)。 zC 對(duì)于中頻阻抗很小，因此可以視為開(kāi)路。 其電流輸出曲線如下所示： 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 模擬電流輸出曲線 圖 由圖 與圖 所示，此模擬浮地電感在特性上接近實(shí)際電感。 第二種： 如圖 (CCII+)為有源器件，用三個(gè)正電流傳送器設(shè)計(jì)模擬電感，它模擬電感的優(yōu)點(diǎn)有 ： a、所有的無(wú)源元件都接地； b、電感值可獨(dú)立調(diào)節(jié)；且不用大電容就可容易實(shí)現(xiàn)大電感 ； c、無(wú)須特別的元件匹配條件 。 所以 22311 YVYVYV i ?? ，代入得：24314 YYIYVYYI iii ?? （ ） 經(jīng)過(guò)移項(xiàng)處理：4321 YY YYIVii ?? 故此得到該電路得輸入阻抗：4321 YY YYIVZiii ??? （ ） 如果選擇 11 SCY? ， 02?Y ， 33 GY? ， 44 GY? ，則 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 SLeqGGSCZi ?? 43 1 （ ） 另外，當(dāng) 4321 , YYYY 取不同的值 ，可以獲得電感，負(fù)電感和電阻的串并聯(lián)組合。 其實(shí)現(xiàn)的電感如圖所示： 圖 等效電感 經(jīng)測(cè)量 L=CR12R21 說(shuō)明：這個(gè)電路比較簡(jiǎn)單，功耗低，體積小，容易調(diào)節(jié)，制作較容易，推導(dǎo)很容易看懂，便于在實(shí)際當(dāng)中操作調(diào)節(jié)，滿足我們的設(shè)計(jì)要求，即要求可實(shí)現(xiàn)接地電感。數(shù)字表示該數(shù)字的輸入電流信號(hào)，表示輸出電流信號(hào)。 ：它使用兩個(gè)或更多的活性級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)高階濾波器的雙二次部分。不影響此轉(zhuǎn)換的阻抗的傳遞函數(shù)乘以每個(gè)比例因子，引入了一個(gè)新的縮放因子的有源元件，即依賴于頻率的阻抗裝置。 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 CCII 濾波器設(shè)計(jì)方法 濾波 器的設(shè) 計(jì)方法是實(shí)現(xiàn)濾波器的一個(gè)重要手段。實(shí)驗(yàn)證明了通過(guò)濾波 電路性能 CCII 的確大大優(yōu)于原型電路性能得到等價(jià)變換。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，為電壓模式的方法。引進(jìn)的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，你會(huì) 得到各種不同的過(guò)濾器結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)步驟是：先用建立靜態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，這就決定了 CCII 濾波器極點(diǎn)，那么靜態(tài)的基本構(gòu)建塊（放大器，無(wú)損積分器，加法器）網(wǎng)絡(luò)注射加權(quán)輸入信號(hào) Vin，零合成濾波器 CCII。由于過(guò)濾器的狀態(tài)空間的映射是指數(shù)形式，所以這種類型的過(guò)濾器被稱為指數(shù)狀態(tài)空間過(guò)濾器（ ESS）。此時(shí)，有源濾波器是非常有用的，因?yàn)橛性礊V波器可以被設(shè)計(jì)為高阻抗，從而在一個(gè)較小的電容值。在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，過(guò)濾器制成濃縮形式的參數(shù)不能被應(yīng)用，并且通過(guò)分布參數(shù)的形式。 （ 3）經(jīng)濟(jì)和易于生產(chǎn)制造 使用電感， LC 濾波器的有源濾波器的成本通常高于高品質(zhì)的要求高品質(zhì)的空心線圈，有時(shí)也需要高品質(zhì)的卷繞方法，這些因素導(dǎo)致的 LC 濾波器的成本增加。除非容量小于幾百皮法，或 無(wú)法做到的變量。 （ 5）功耗 確定過(guò)濾器的功率消耗不僅是能源消耗的一個(gè)主要因素，但重要因素也影響著過(guò)濾器的布局。 （ 6）抗干擾能力 過(guò)濾器的主要功能是使有用信號(hào)和放大后通過(guò)，留下有效地抑制不需要的信號(hào)和衰減。得到圖 雙端接的電流模式 n 階高通有源濾波電路： 圖 CCII+模擬電感的 n 階梯形濾波電路 第二種模擬電感的辦法 現(xiàn)用常用電感的第三種模擬電感來(lái)代替 圖中的電感，得到圖 雙端接地的電流模式 n 階高通有源濾波電路。一般的過(guò)濾器和外容器的結(jié)構(gòu)，該設(shè)備的材料，以實(shí)現(xiàn)重要的考慮因素。因此，濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡可能地降低功耗和布局的布局的溫度分布。許多有源濾波電路是不容易調(diào)整的，它們包括的 RC 的一些部分，每