【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 益誤差率低、線(xiàn)性度好、寬頻率響應(yīng)、高輸出阻抗。其輸入輸出端口特性可由矩陣(23)表示: 由式(23)可以看出，與CCI、CCⅡ一樣，CCⅢ的X端的電壓與Y端的電壓相等，即VX=VY；與CCI不同的是，CCⅢ的Y端電流總是反相于X端口的電流，即IY=IX。在輸出端，IZ=IX、表示CCⅢ+，IZ=IX表示CCⅢ。下圖表示出CCⅢ的電路符號(hào)和零極子表示方法。CCⅢYXZIYIXVXVYIZVZIS(a) CCⅢ的符號(hào)NullatorNullatorYXRXIZI圖26 CCⅢ的符號(hào)和零極子表示方法（b）CCⅢ的零極子表示方法（2）CCⅢ的基本電路實(shí)現(xiàn)M20M17M9M10M1M3YZXM2M4M6M8M7M14M13M5M11M12M18M15M16VSS圖27 CCⅢ的CMOS實(shí)現(xiàn)電路圖27給出了CCⅢ的CMOS常規(guī)電路的原理圖，它以MOS管對(duì)M9，和MM11和M1M13和M1Ml5和Ml6構(gòu)成的基本電流鏡為基礎(chǔ)，通過(guò)M1～M8構(gòu)成的跨導(dǎo)線(xiàn)性環(huán)，使得X端電壓跟隨Y端電壓，Y端電流與X端輸入電流幅值相同，相位相差180176。，即VX=VY，IY=IX；通過(guò)輸出MOS管M17～M20，使得IZ+、IZ端的電流分別與X、Y端電流相等，即IZ+=IX，IZ=IY=IX。(CCCⅡ)第二代電流控制電流傳輸器元件的提出起源于CCⅡ，自從CCⅡ在 1970年提出以來(lái)就廣泛地應(yīng)用于各種電流模式電路和電壓模式電路，例如電壓放大器、濾波器以及信號(hào)處理電路等，但是由于CCⅡ內(nèi)部電路的輸入端X端存在一個(gè)寄生電阻，而傳輸特性并沒(méi)有考慮這個(gè)電阻，從而造成CCⅡ的X端與Y端的電壓跟蹤無(wú)法達(dá)到理想程度，致使電路的傳輸函數(shù)產(chǎn)生誤差，尤其在X端外接電容時(shí)誤差較大。而CCCⅡ就是利用X端的寄生電阻受內(nèi)部直流偏壓控制的特性以達(dá)到電可調(diào)的特性。這樣的特性使CCCⅡ跟OTA(跨導(dǎo)運(yùn)算放大器)一樣，元件本身能夠產(chǎn)生電阻效應(yīng)，使設(shè)計(jì)者在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中減少無(wú)源元件的使用，簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。再加上X端口的輸入電阻受偏置電流的控制，從而使CCCⅡ的應(yīng)用延伸到電調(diào)節(jié)領(lǐng)域。1996年，(Translinear Loop)特性提出了第二代電流控制電流傳輸器(CCCⅡ)電路，而隨后的CCCⅡ電路基本上也都是基于跨導(dǎo)線(xiàn)性環(huán)(Translinear Loop)特性實(shí)現(xiàn)的，因此，在本節(jié)中，首先介紹一下跨導(dǎo)線(xiàn)性原理。（1）CCCⅡ的電路符號(hào)和端口特性其輸入輸出端口特性可用矩陣式(24)來(lái)表示:(24)與CCⅡ相似，X端為電流輸入端，Y端為電壓輸入端，輸入電流為零；與CCⅡ不同的是X端電壓不是精確跟隨Y端輸入電壓，而是與X端寄生電阻有關(guān)。CCCⅡYXZIYIXVXVYIZVZIS(a) CCCⅡ的符號(hào)NullatorNullatorYXRXIZI圖28 CCCⅡ的符號(hào)和零極子表示方法（b） CCCⅡ的零極子表示方法矩陣中的正負(fù)號(hào)分別代表CCCⅡ+和CCCⅡ，對(duì)CCCⅡ+而言，IZ=+IX，對(duì)CCCⅡ而言，IZ=IX；RX為X端口的寄生電阻，受CCCⅡ內(nèi)部的偏置電流IB控制。CCCⅡ的電路符號(hào)和零極子表示方法如圖210所示。（2）CCCⅡ基本電路的實(shí)現(xiàn)1999年，復(fù)旦大學(xué)凌燮亭教授利用便于集成的MOS管提出了一種CMOSCCCⅡ電路，如圖29所示。圖29中X端與Y端之間采用了M1～M4構(gòu)成的MOS跨導(dǎo)線(xiàn)性環(huán)作為輸入級(jí)，實(shí)現(xiàn)X端與Y端之間的電壓跟隨；MOS管M8與MM5與MM7構(gòu)成了放大倍數(shù)為1的電流鏡為MOS跨導(dǎo)線(xiàn)性環(huán)提供直流偏置；M10和M1M12和M13組成的互補(bǔ)電流鏡將X端的輸入電流復(fù)制到Z端，實(shí)現(xiàn)Z端與X端之間的電流跟隨。ZM8M9M10M11M3M4XYM6M5M7M12VSSM13IBM1M2VDD圖29 CMOS CCCⅡ電路圖211中的MOS管都工作在飽和區(qū)，當(dāng)MOS管工作在飽和區(qū)時(shí)，其漏極電流I。的表達(dá)式為:(25) 其中，k=μCOX表示跨導(dǎo)系數(shù)，VGS表示MOS管的柵源電壓，Vτ為閥值電壓。又因?yàn)閷?duì)于M1～M4組成的跨導(dǎo)線(xiàn)性環(huán)有：(26) (27) (28) 由(26)～(28)式聯(lián)解可得: (29) 其中kp，kn分別是NMOS和PMOS晶體管的跨導(dǎo)系數(shù)，Wi/Li表示MOS管的寬長(zhǎng)比。若適當(dāng)設(shè)計(jì)MOS管的寬長(zhǎng)比，使其滿(mǎn)足: (210) 可以得到CMOSCCCⅡ電路X端的寄生電阻為:(211) 由(211)可知，RX和偏置電流IB。的平方根成反比，即調(diào)節(jié)偏置電流可以調(diào)節(jié)RX。該 CMOS CCCⅡ電路能兼容于VLSI芯片工藝，具有成本低，功耗小的特點(diǎn)。本章比較全面的歸納了電流傳輸器的發(fā)展歷史，簡(jiǎn)單介紹了第一代電流傳輸器(CCI)、第二代電流傳輸器(CCⅡ)、第三代電流傳輸器(CCⅢ)的端口特性、工作原理及基本電路實(shí)現(xiàn)，并且比較詳細(xì)的分析了第二代電流控制電流傳輸器(CCCⅡ)的工作原理。3 電流傳輸鏡的研究 電流傳輸器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀(Current Conveyor，簡(jiǎn)稱(chēng)CC)以來(lái)[4]。電流傳輸器被公認(rèn)為具有多種功能且與運(yùn)算放大器相當(dāng)?shù)囊环N基本電路器件。在電流傳輸器剛被提出時(shí)，人們還不清楚它能提供優(yōu)于通用運(yùn)算放大器的那些性能。加之當(dāng)時(shí)電子工業(yè)剛開(kāi)始致力于第一代單片運(yùn)算放大器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。由于沒(méi)有明顯指出其優(yōu)越性，電子工業(yè)界缺乏推動(dòng)實(shí)現(xiàn)單片電流傳輸器的積極性。自從20世紀(jì)40年代末起，運(yùn)算放大器的概念始終牢固的樹(shù)立在許多模擬市場(chǎng)電路設(shè)計(jì)者的思想中，同時(shí)集成電路制造商關(guān)心己經(jīng)開(kāi)辟且正在擴(kuò)展的運(yùn)算放大器市場(chǎng)。直到20世紀(jì)80年代末才出現(xiàn)了高性能的實(shí)際可用的電流傳輸器，它在濾波、振蕩、放大等方面開(kāi)始獲得應(yīng)用，并且可以與運(yùn)算放大器相抗衡。時(shí)至今日，模擬電路的設(shè)計(jì)者們發(fā)現(xiàn)了電流傳輸器能提供若干優(yōu)于通用運(yùn)算放大器的優(yōu)點(diǎn)，特別是電流傳輸器電路，在無(wú)論信號(hào)大小的情況下，都能比相應(yīng)的運(yùn)算放大器提供更大的帶寬下的更高的電壓增益，亦即更大的增益帶寬積。其獨(dú)特的電流傳輸特性，使它成了電流模式VLSI電路中最基本的積木塊。由電流傳輸器構(gòu)成有源器件的電路系統(tǒng)，在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低功耗，擴(kuò)展頻域等方面有很好的作用，其構(gòu)成的濾波器、放大器、振蕩器等電路開(kāi)始在移動(dòng)通訊、測(cè)量領(lǐng)域受到重用。電流傳輸器是一種功能很強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)部件，將電流傳輸器與其他電子元件組合可以十分簡(jiǎn)單地構(gòu)成各種特定的電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多種模擬信號(hào)的處理功能。電流傳輸器作為一種電流模式電路可以方便地實(shí)現(xiàn)模擬電子技術(shù)中的幾種最基本信號(hào)處理功能(加減、積分等)。而且，電流傳輸器同時(shí)具有電壓輸入端和電流輸入端，因此，利用電流傳輸器可以方便地實(shí)現(xiàn)電壓模式信號(hào)處理電路，也可以方便地實(shí)現(xiàn)電流模式信號(hào)處理電路。第二代電流傳輸器(CCⅡ)以其通用性強(qiáng)精度高外接元件少等特點(diǎn)，已成為電流模式VLSI電路中最基本的單元電路之一。作為設(shè)計(jì)有源電路特別是有源濾波器的基本器件和基本積木塊，第二代電流傳輸器得到了非常廣泛的應(yīng)用，許多最新研究成果均是以CCⅡ?yàn)楹诵恼归_(kāi)的。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)CCⅡ電流模式信號(hào)處理電路，尤其是電流模式濾波器的應(yīng)用作了大量研究。第二代電流控制電流傳輸器(CCCⅡ)的提出起源于第二代電流傳輸器。由于第