【文章內(nèi)容簡介】 益誤差率低、線性度好、寬頻率響應、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的電路符號和零極子表示方法。CCⅢYXZIYIXVXVYIZVZIS(a) CCⅢ的符號NullatorNullatorYXRXIZI圖26 CCⅢ的符號和零極子表示方法（b）CCⅢ的零極子表示方法（2）CCⅢ的基本電路實現(xiàn)M20M17M9M10M1M3YZXM2M4M6M8M7M14M13M5M11M12M18M15M16VSS圖27 CCⅢ的CMOS實現(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M9，和MM11和M1M13和M1Ml5和Ml6構成的基本電流鏡為基礎，通過M1～M8構成的跨導線性環(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年提出以來就廣泛地應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端存在一個寄生電阻，而傳輸特性并沒有考慮這個電阻，從而造成CCⅡ的X端與Y端的電壓跟蹤無法達到理想程度，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到電可調(diào)的特性。這樣的特性使CCCⅡ跟OTA(跨導運算放大器)一樣，元件本身能夠產(chǎn)生電阻效應，使設計者在電路設計過程中減少無源元件的使用，簡化電路結構。再加上X端口的輸入電阻受偏置電流的控制，從而使CCCⅡ的應用延伸到電調(diào)節(jié)領域。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線性環(huán)(Translinear Loop)特性實現(xiàn)的，因此，在本節(jié)中，首先介紹一下跨導線性原理。（1）CCCⅡ的電路符號和端口特性其輸入輸出端口特性可用矩陣式(24)來表示:(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。CCCⅡYXZIYIXVXVYIZVZIS(a) CCCⅡ的符號NullatorNullatorYXRXIZI圖28 CCCⅡ的符號和零極子表示方法（b） CCCⅡ的零極子表示方法矩陣中的正負號分別代表CCCⅡ+和CCCⅡ，對CCCⅡ+而言，IZ=+IX，對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的電路符號和零極子表示方法如圖210所示。（2）CCCⅡ基本電路的實現(xiàn)1999年，復旦大學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構成的MOS跨導線性環(huán)作為輸入級，實現(xiàn)X端與Y端之間的電壓跟隨；MOS管M8與MM5與MM7構成了放大倍數(shù)為1的電流鏡為MOS跨導線性環(huán)提供直流偏置；M10和M1M12和M13組成的互補電流鏡將X端的輸入電流復制到Z端，實現(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MOS管工作在飽和區(qū)時，其漏極電流I。的表達式為:(25) 其中，k=μCOX表示跨導系數(shù)，VGS表示MOS管的柵源電壓，Vτ為閥值電壓。又因為對于M1～M4組成的跨導線性環(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晶體管的跨導系數(shù)，Wi/Li表示MOS管的寬長比。若適當設計MOS管的寬長比，使其滿足: (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。本章比較全面的歸納了電流傳輸器的發(fā)展歷史，簡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現(xiàn)，并且比較詳細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 電流傳輸器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀(Current Conveyor，簡稱CC)以來[4]。電流傳輸器被公認為具有多種功能且與運算放大器相當?shù)囊环N基本電路器件。在電流傳輸器剛被提出時，人們還不清楚它能提供優(yōu)于通用運算放大器的那些性能。加之當時電子工業(yè)剛開始致力于第一代單片運算放大器的開發(fā)和應用。由于沒有明顯指出其優(yōu)越性，電子工業(yè)界缺乏推動實現(xiàn)單片電流傳輸器的積極性。自從20世紀40年代末起，運算放大器的概念始終牢固的樹立在許多模擬市場電路設計者的思想中，同時集成電路制造商關心己經(jīng)開辟且正在擴展的運算放大器市場。直到20世紀80年代末才出現(xiàn)了高性能的實際可用的電流傳輸器，它在濾波、振蕩、放大等方面開始獲得應用，并且可以與運算放大器相抗衡。時至今日，模擬電路的設計者們發(fā)現(xiàn)了電流傳輸器能提供若干優(yōu)于通用運算放大器的優(yōu)點，特別是電流傳輸器電路，在無論信號大小的情況下，都能比相應的運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。由電流傳輸器構成有源器件的電路系統(tǒng)，在簡化結構、降低功耗，擴展頻域等方面有很好的作用，其構成的濾波器、放大器、振蕩器等電路開始在移動通訊、測量領域受到重用。電流傳輸器是一種功能很強的標準部件，將電流傳輸器與其他電子元件組合可以十分簡單地構成各種特定的電路結構，實現(xiàn)多種模擬信號的處理功能。電流傳輸器作為一種電流模式電路可以方便地實現(xiàn)模擬電子技術中的幾種最基本信號處理功能(加減、積分等)。而且，電流傳輸器同時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現(xiàn)電壓模式信號處理電路，也可以方便地實現(xiàn)電流模式信號處理電路。第二代電流傳輸器(CCⅡ)以其通用性強精度高外接元件少等特點，已成為電流模式VLSI電路中最基本的單元電路之一。作為設計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用，許多最新研究成果均是以CCⅡ為核心展開的。國內(nèi)外學者對CCⅡ電流模式信號處理電路，尤其是電流模式濾波器的應用作了大量研究。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