【正文】 學(xué)號(hào) : 0954030110 專業(yè) : 電子信息工程 1 設(shè)計(jì) （論文）題目及專題： 電流傳送器及其應(yīng)用研究 2 學(xué)生設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間：自 20xx 年 2 月 20 日開(kāi)始至 20xx 年 6 月 1 日止 3 設(shè)計(jì)（論文）所用資源和參考資料： [1] 李亨 .電流控制傳送器及其研究 [D].湖南 :湖南大學(xué) .20xx. [2] 秦世才 .現(xiàn)代模擬集成電子學(xué) [J].北京 :科學(xué)出版社 .20xx,114 [3] 席燕輝 .電流傳送器及其濾波器原理與應(yīng)用 [D].湖南 :湖南師范大學(xué) .20xx. [4] 李海鷗 .低電壓低功耗 CMOS 電流傳送器及其應(yīng)用研究 [D].湖南 :湖南大學(xué) .20xx. 4 設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的主要內(nèi)容： ① 集成電路的基本介紹以及發(fā)展前景 ② 電流傳送器的基礎(chǔ)理論概括 ③ 電流傳送器的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn) ④ 展望及其它。完成了對(duì)電壓跟隨器的設(shè)計(jì)是基于混合跨導(dǎo)線性回路，引入了跨導(dǎo)線性原理。而且提出了多項(xiàng)式線性組合法，運(yùn)用該方法不但能組裝出所要求的高階電流濾波器，而且能在不改變物理結(jié)構(gòu)的情況下，根據(jù)電流控制傳送器的特性，調(diào)整其偏置電流，成功地實(shí)現(xiàn)了濾波器輸出特性的改變。 translinear loop。從家用電器到 B 超、雷達(dá)、互聯(lián)網(wǎng)和人造衛(wèi)星等 ,芯片都被廣泛應(yīng)用 ,其應(yīng)用幾乎無(wú)處不在。目前 , 20xx 年 中國(guó)集成電路 市場(chǎng)實(shí)現(xiàn) 了 銷售額 億元 ，并且以 增速 %增長(zhǎng)。集成電路用來(lái)放大與處理的各種數(shù)字信號(hào)（指在時(shí)間和幅度上的離散值的信號(hào)。存儲(chǔ)器和 ASIC 其他 IC 的家庭是非常重要的現(xiàn)代信息社會(huì)的例子。這增加的每單位面積的容量，可以降低成本并提高功能 看到摩爾定律，集成電路中的晶體管數(shù)量每?jī)赡攴环? 僅有半世紀(jì)后，它的發(fā)展，集成電路變得無(wú)處不在，電腦，手機(jī)和其他數(shù)碼電器成為現(xiàn)代社會(huì)結(jié)構(gòu)中不可或缺的一部分。在之前，人們默認(rèn)于運(yùn)用電壓而不是電流作為信號(hào)的變量，并且決定電子電路的功能是依據(jù)處理電壓信號(hào)來(lái)判斷的，尤其是在模擬電子電路之中尤為突出，所以在模擬電子電路設(shè)計(jì)中電壓模式設(shè)計(jì)方法依舊占據(jù)的主導(dǎo)地位。而在這其中的電流模式電路使用，這是最常見(jiàn)的，最強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)模塊的功能是電 流傳輸器，它與其他電子元件組合成各種特殊要求的電路結(jié)構(gòu)，它可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)模擬信號(hào)處理。 CMOS 工藝因?yàn)樗鼡碛性S多優(yōu)良的特點(diǎn)，使其一步步成為最為普遍使用的集成電路設(shè)計(jì)工藝，比如其輸入阻抗高、集成度高、占有芯片面積小、良好的抗輻射效果和較低的功耗都讓其它工藝望湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 其項(xiàng)背。獲得更好的性能，更快，更好的帶寬，動(dòng)態(tài)范圍。隨著超大規(guī)模集成電 路理論的迅速發(fā)展，對(duì)連續(xù)時(shí)間濾波器的模擬電流模式信號(hào)處理電路公認(rèn)的理論高度研究。 本文內(nèi)容安排 本文是根據(jù)高速模擬集成電路的基本 部件，電流控制傳送器進(jìn)行分析和研究的。 全面歸納了電流傳送器作為有源器件的有源網(wǎng)絡(luò)元件模擬電路、模擬信號(hào)運(yùn)算電路 ,并著重闡述了一種基于電流傳送器的 高階濾波器模擬電感。與通用電壓模式運(yùn)算放大器，電流變送器模式運(yùn)算放大器在這一點(diǎn)上是相似的。此外，自成末的 Y 值（當(dāng)前的輸送機(jī)，帶有一個(gè)電壓愉）和電流因此，輸入端（ x）的，當(dāng)前的輸送機(jī)的使用，都可以很容易地實(shí)現(xiàn)電壓模式的信號(hào)處理電路，電流模式信號(hào)處理電路也可以很容易地實(shí)現(xiàn)。本章介紹各種類型的電流輸送，電流傳輸?shù)幕靖拍?，其在各方面的?yīng)用。當(dāng) c =+1 時(shí)表示 Z 端和 X 端電流同時(shí)流入或流出電流傳送器，得到 CCI+。假設(shè)這個(gè)輸入電流 I 傳入輸入端 X 的話，那么有相同量的電流 I 經(jīng)過(guò)輸入端 Y，在此，傳輸?shù)捷敵龆?Z的則是電流 I。 () a) CCI 電路符號(hào) b) CCI 的零子－任意模型 圖 CCI 電路符號(hào)及等效模型 在 1968 年，史密斯等人?？梢宰C明，通過(guò)晶體管的流經(jīng) Q3， Q4， Q5 的電流是相等的。不但可以使用交流信號(hào)。 圖 CCI 內(nèi)部電路原理圖 第二代電流傳送器（ CCII） 為增加電流傳送器的通用性，第二代電流傳輸器 (CCII)于 1970 年由 Smith 和 Sedra 將其特性加以改，沒(méi)有電流流入 Y 輸入端口的第二代電流傳送器，通過(guò)使用證明它比第一代電流傳送器 (CCI)更加具有實(shí)用性。 221。對(duì)于 CCII 流動(dòng)到 X 客戶端綁定到 Z 流出側(cè)，因此，直到受控電流源，因此 CCII 的等效電路的單偶極零表示，如圖所示。 CCII 實(shí)際上是由電壓跟隨器和電流跟隨器的組合，在 CCII+電流跟隨器的最直接的方法是使用一個(gè)簡(jiǎn)單的電流反射鏡，需要增加兩個(gè)交叉耦合的電流，而在 CCII，其優(yōu)異的性能實(shí)現(xiàn)可控源阻抗變壓器的阻抗逆變器，旋轉(zhuǎn)以及各種廣泛的應(yīng)用模擬組件。 圖 第二代負(fù)向電流傳輸器 (CCII)的晶體管模型圖 從第二代電流傳輸器原理的分析可以得出，信息可以被看作是一個(gè)理想的 MOS 晶體管。注入電流源將被發(fā)送到漏 ，泄漏和阻抗水平是無(wú)限的（ Z 發(fā)射機(jī)）。由此可以 得，湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 如果將一對(duì)互補(bǔ)的 MOS 管放置在運(yùn)算放大器的反饋環(huán)路中，就可以實(shí)現(xiàn)在 X 端有雙相電流流動(dòng)的 CCII 電路，如圖 27 所示。 圖 CCII的理想晶體管模型圖 圖 第二代正向電流傳輸器 (CCII 十 )的示意圖 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 CCII的示意圖 如圖 和 ，分別顯示， CCII+和 CCII， M1 和 M2 的晶體管和集成運(yùn)算放大器組成的電壓跟隨器，實(shí)現(xiàn)了 X 終端的電壓跟隨器 Y 端子電壓。 MOCCII 獲得了廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的電壓或電流模式濾波器的設(shè)計(jì)和振蕩器的設(shè)計(jì)。 CCIII 電路符號(hào)如圖 中 a)所示，其可通過(guò)兩個(gè)雙輸出 CCII+元件按圖 中的 b)所示連接后實(shí)現(xiàn)，理想的 CCIII 輸入輸出特性矩陣為式 。迫使電流等于晶體管 Q1 和 Q2，電壓降 BEV 相等 。應(yīng)用 CCI 早期是為了取代基于霍爾效應(yīng)的示波器電流探頭，寬帶電流測(cè)量裝置；另一個(gè)是作為一個(gè)負(fù)阻抗轉(zhuǎn)換器（ NIC）。在所有的晶體管的線性操作的所有運(yùn)行時(shí)關(guān)閉，然后每個(gè)電阻器的電源電壓的絕對(duì)值在電路運(yùn)行的操作沒(méi)有任湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 何關(guān)系。假設(shè) NPN 晶體管 PNP 晶體管，而不是與一個(gè) PNP 晶體管的 NPN 晶體管代 替，將被替換正電源負(fù)電源， CCI 電路的極性是相反的，也就是說(shuō)，互補(bǔ)極性電路的相位。之所以成為傳統(tǒng)高性能電流輸送一體化進(jìn)程 PNP 晶體管的主要限制是一個(gè)橫向結(jié)構(gòu)。因?yàn)榻咏愕臇艠O電流，那么柵極則可以看作是開(kāi)路，相像于電流傳送器的 Y 端。 圖 圖 CMOS CCII+的實(shí)現(xiàn)原理圖 從上面的分析可以得出， CCII 的性能依賴于兩個(gè)電壓跟隨器的兩個(gè)輸入之間的能力還取決于端口之間的電流傳輸能力之間 的輸入和輸出阻抗的差異。 作為第二代電流傳送器電路的電流模式最 流行通用 的積木 部件 ，其最大的優(yōu)勢(shì)在于它的設(shè)計(jì)靈活性。它們從不同的角度，如元器件的最少化、可集成性、可調(diào)節(jié)性和靈敏度，來(lái)優(yōu)化電路性能。 接下來(lái)用 AD844 模型來(lái)具體推導(dǎo)并模擬起阻抗特性。 浮地電感的實(shí)現(xiàn)與模擬 對(duì)于浮地電感的模擬，我們可借助基于運(yùn)算放大器的模擬接地電感電路實(shí)現(xiàn) .下面是基于運(yùn)算放大器的模擬電感電路： 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 運(yùn)放模擬電感電路 其實(shí)現(xiàn)阻抗為：)()( )()()()( 42 531 ?? ???? ZZ ZZZZ ? （ ） 利用增加冗余法，我們得到基于 CCII–的電路如下所示： 圖 CCII模擬電感電路 其阻抗不變。 由此我們得出： )1)(1(2)1(2)4()(22???????SRRRRRRCSRRRRSZXXXXXXL () 其中 S= ?j 當(dāng)CRCRRR XXX 21)1(21 ?????時(shí) )1(2)4()( 22 RRRCSRRRRSZ XXXXL ????? () 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 又因?yàn)?XR R 所以 XL RCSRSZ 2)( 2 ?? () 模擬電感如下圖示： 圖 模擬電感 同理，當(dāng) Z2=Z3=Z4= R 且cjZZ ?151 ??時(shí)， 得到模擬 D 元件下圖 所示： 圖 模擬 D 元件 我們采用 PSPICE 的方法驗(yàn)證其電感特性。 說(shuō)明：此電路在特性上時(shí)可以很接近實(shí)際的電感，但是它的電路很復(fù)雜，理論推導(dǎo)也很復(fù)雜， 不適合在實(shí)際當(dāng)中來(lái)操作。 圖 CCII+模擬電感 各端電壓的設(shè)置如圖 所示：由圖可以知道第三個(gè)傳輸器的 Z 端的電流為 Ii，第一個(gè)傳輸器的 X 端電壓為 Vi，那么電流 IY3=ViY3。 說(shuō)明：該設(shè)計(jì)能滿足我們的實(shí)際要求，并且滿足接地的要求，只用了電阻和電容就實(shí)現(xiàn)了，但是我門可以看到的是這個(gè)電路太復(fù)雜了，不夠簡(jiǎn)單，功耗大，經(jīng)濟(jì)不合算，制作要難一些，尺寸大，只是在理論上可行，但在實(shí)際的制作當(dāng)中是不值得推廣的。 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第五章 基于電流傳送器濾波器的設(shè)計(jì) 濾波器的基礎(chǔ)知識(shí) 濾波 器，也被稱為選頻網(wǎng)絡(luò)，它是一個(gè)特定的頻率或頻率以外的頻率的頻率濾波電路，它的功能是有效地獲得一個(gè)特定的頻率或刪除一個(gè)特定的頻率。 圖 濾波器原理方框圖 高階濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 高階濾波器被稱為 階 次 大于或等于 4 個(gè)過(guò)濾器的順序。由于級(jí)聯(lián)濾波器容易設(shè)計(jì)和調(diào)整，這種方法被廣泛地用在工業(yè)上。這是很容易使用主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，廣義導(dǎo)抗的主要優(yōu)點(diǎn)是，它采用運(yùn)算放大器的數(shù)量比相應(yīng)所需的電感模擬少數(shù)的運(yùn)算放大器。目前，歸納起來(lái)有兩大類：一是濾波器的傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)方法直接為對(duì)象，有代表性的是級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)和多回路反饋方法： 二是 無(wú)源 LC 梯形網(wǎng)絡(luò) 為對(duì)象 所代表的 間接 模擬設(shè)計(jì)，濾波器的設(shè)計(jì)方法信號(hào)仿真方法。轉(zhuǎn)化是可以得到潘氏變換電壓運(yùn)算放大器和 CCII 零等價(jià)關(guān)系。 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 a)電容濾波單元 b)電壓變換單元 圖 電容濾波單元和電壓變換單元電路圖 （ 3）電流模式梯形濾波器 將無(wú)源 RLC 梯形電路原型電流作為變量，可以得到無(wú)源電路電流模式信號(hào)流圖，然后由電路傳送器組成多路輸出電流電流模式一階積木，如理想微分器，一階低通，一階高通，減法等，代入信號(hào)流圖中，你可以得到電流傳送器梯形濾波器。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步選擇的參數(shù)和組件，來(lái)完成濾波器的設(shè)計(jì) CC11。這種設(shè)計(jì)的理論強(qiáng)，將得到的過(guò)濾器的性能。在 50kHz 或以上，大部分集成運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益不夠，不能滿足一般需要的有源濾波器。 （ 2）大小的考慮 由于沒(méi)有電感，有源濾波器和 LC 濾波器的比較相同的性 能，尺寸一般較小。有源濾波器具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它采用了流行的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備易于安裝的有源濾波器。由于大多數(shù)可調(diào)的線圈芯，便于調(diào)整電感。因?yàn)椴季值臏囟确植迹仨毧紤]，如果溫度可能會(huì)導(dǎo)致芯片的局部溫度分布不均的過(guò)高，使芯片燒毀，嚴(yán)重的將芯片完全失去了它的功能。如果濾波處理過(guò)濾器本身被破壞，那么過(guò)濾器將失去存在的意義，因此，在濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡可能地提高自身的免疫力，以避免污染的過(guò)濾器本身的噪聲和信號(hào)干擾之外。 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢