【正文】 （ ） 所以 S域的傳輸函數(shù) （ ） sCGmsVi sVosH ?? )( )()(sCGmVisCIoVo ??無源梯形高階高通濾波器的模擬設計 8 其時域的特性為 （ ） 即輸出電壓與輸入電壓的積分成正比，積分時間常數(shù)等于 mGC/ 。 由圖 b）可知 imL RVGRIV ???? 00 （ ） 電壓增益等于 RGm? 。要克服這個缺點，可在圖 a）的后面接一個由運算放大器組成的電流 ─電壓變換器，如圖 b）所示。 a） b） 圖 增益可控的電壓放 大器 圖 a）所示的電壓增益與負載有關(guān)。 (1) 增益可控放大器 用 OTA作電壓放大的電路如圖 a）所示?？鐚н\算放大器的這一性能可用來設計采樣 ─保持器、數(shù)據(jù)選擇器、脈沖發(fā)生器等。 (4) 若將跨導運算放大器的外偏置控制端作為另一個信號輸入端，則可用來設計兩個輸入信號聯(lián)合作用的電路，如模擬乘法器、幅度調(diào)制器等。這時，若加入負反饋形成閉環(huán)電路，可構(gòu)成類似電壓型運算放大器的應用電路，如電壓跟隨器、電壓 比例器等。因為在這些電路中，用電流進行必要的信號處理和運算比用電壓信號簡便得多。一方面，在多種線性和非線性模擬電路和系統(tǒng)中進行信號運算和處理，其中一個重要應用領(lǐng)域是連續(xù)時間模擬濾波 器；另一方面，在電壓信號變量和電流模式信號處理系統(tǒng)之間作為接口電路，將待處理的電壓信號變換為電流信號，再送入電流模式系統(tǒng)進行處理。 ⑷ 與 MOSVLSI工藝兼容： OTAC濾波器可以完全用 MOS工藝制造。 ⑵ 具有電控能力： OTA的跨導增益本身作為設計參數(shù)出現(xiàn)在濾波器的設計中，而跨導參數(shù)經(jīng)外部電壓或電流控制，因而 OTAC濾波器可實現(xiàn)電子控制。這是因為跨導 電容濾波器具有容易設計、電路簡單、便于集成、參數(shù)可調(diào)等突出優(yōu)點。 無源梯形高階高通濾波器的模擬設計 6 跨導運算放大器是一種電壓輸入、電流輸出的電子放大器。實際上，根據(jù) OTA性能和電路結(jié)構(gòu)可以知道， OTA是電流輸出器件，將它作為電流模式器件處理更為適宜。相對于雙極型跨導運算放大器而言， CMOS跨導運算放大器的增益值較低，增益可調(diào)范圍較小，但它的輸入阻抗高、功耗低，容易與其它電路結(jié)合實現(xiàn)全 CMOS集成系統(tǒng)。 OTA 濾波器一般在同一芯片上都具有自調(diào)節(jié)系統(tǒng)。如果三個電流鏡的電流傳輸比都等于 1，則 OTA 的跨導等于差分對的跨導，它由 Iabc 控制。 T1 的電流經(jīng)電流鏡 CM2 和 CM3 轉(zhuǎn)換成 I3， T2 的電流經(jīng)電流鏡 CM4 轉(zhuǎn)換成 I4。自適應偏置的應用很多，例如， NPN 晶體管射隨器的負向輸出幅度與其靜態(tài)偏置電流有關(guān)，要提高負向輸出幅度必須增大靜態(tài)偏置電流，而增大靜態(tài)偏置電流意味著增大電路的功耗。 T1 和 T2 組成差動跨導放大 器，其輸入是電壓，輸出是電流，尾電流一般都由直流電流源提供，即采用衡流偏置。理想 OTA 的輸入和輸出阻抗都是無窮大。 圖 OTA的符號 理想 OTA 的傳輸特性是 o m d m p nI =G V =G (V V ) （ ） 其中， Vd 是差模電壓， Vp 、 Vn 分別是同相端與反相端電壓。 跨導集成運算放大器 OTA的原理 : OTA 的電路符號如圖 所示。其功能是將輸入電壓轉(zhuǎn)換為電流輸出，并通過外加偏壓控制運放的工作電流，從而使它的輸出電流在較大范圍內(nèi)變化。 跨導集成運算放大器概述 我們已知差分放大器的跨導 gm 的表達式為 m qIg kT? （ ） 式中 0I — 差 分 對 管 的 總 電 流 。因此，進一步提高濾波器的工作頻率是全集成濾波器設計的發(fā)展方向。另外，濾波器的截止頻率需要不斷地變化，該問題可以通過調(diào)整偏置電壓或電流的方法來解決。第二個問題是怎樣保證精確的和穩(wěn)定的元件值。在設計中，首要的問題是集成連續(xù)時間濾波器的動態(tài)范圍，特別是在高 Q 值和低電壓的設計中。上述這些濾波器的共同點是它們都工作在非常高的頻率上，范圍可能從幾兆赫茲到幾百兆赫茲，甚至達到幾十吉赫茲。在射頻 (RF)接收系統(tǒng)中，天線的輸出緊跟一個射頻預選擇濾波器 (PreSelect Filter)，混頻器前需要鏡像反射濾波器 (ImageRejection Filter)， A/D 轉(zhuǎn)換前需要經(jīng)過信道選擇濾波器 (Channel Selection Filter)和抗混疊濾波器 (AntiAliasing Filter)?？鐚щ娙?(GmC)濾波器由跨導 Gm 和電容 C 組成。然而，即使采用了這樣的措施，其工作頻 率也不會太高，主要是運算放大器限制了其工作頻率。它的一個主要問題是失真問題。因而這類濾波器的應用受到了很大的限制。但是，這類濾波器對 RC 元件的變化比較敏感。 RC 有源濾波器是由運算放大器、電阻、電容這些基本元件構(gòu)成的。對于高性能的連續(xù)時間濾波器，主要類型有三種：有源 RC 濾波器， MOSFETC 濾波器，跨導電容 (GmC)濾波器。連續(xù)時間濾波器能夠直接處理模擬信號，它不無源梯形高階高通濾波器的模擬設計 3 需要經(jīng)過 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換、采樣和保持以及抗混疊濾波器。然而，到了高頻段的應用后，這種特性不能很好的保持，因為開關(guān)電容濾波器要求在時域中采樣時，時鐘頻率至少是要處理的信號的最高頻率的兩倍，這樣 才能消除混疊效應，因而所需要的時鐘頻率較高，一般不適合用于高頻應用中。開關(guān)電容濾波器的主要特性由時鐘頻率和電容的比值決定。其中，開關(guān)電容濾波器是使用最廣泛的一種。缺點：需要時鐘通道，采樣率限制了其應用頻率，需要加抗混疊濾波器。其缺點主要有：精確的時間常數(shù)必須通過調(diào)諧才能獲得，其次就是電阻和跨導的線性性較差。開關(guān)電容和開關(guān)電流濾波器屬于離散時間濾波器，而 RC 有源濾波器， MOSFETC 濾波器和 GmC 濾波器則屬于連續(xù)時間濾波器。 無源梯形高階高通濾波器的模擬設計 2 圖 單片集成有源濾波器的分支圖 CMOS 模擬濾波器 CMOS 模擬濾波器可以分為離散時間濾波器和連續(xù)時間濾波器。它們的主要缺點是尺寸太大， 1GHz 的濾波器的芯片面積大概是 平方厘米，而 50MHz 左右的濾波器其芯片面積大約為 平方厘米。一般的來說，將濾波器做成集成的技術(shù)有 CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor) ， 雙 極 晶 體 管 (Bipolar) ，Bees(BipolarCMOS) ， Gas(GalliumArsenide) 和聲表面波 SAW(Surface Acoustic Wave)。從某種意義上說，集成電感只限于某些特殊的應用以及高頻情況下，這是由于集成電感的 Q值比較差，另外電感值也不大，并且 常常不能與標準的 IC 制造工藝相兼容。所以，有很多人研究集成濾波器，以便取代無源 RLC 濾波器。另外，可使印刷電路板上的元件更少，這樣會使成本更低，可靠性更高，尺寸更小，功耗更低。此外，自動調(diào)諧電路能夠減少工藝和溫度變化所帶來的誤差，與分立無源 濾波器相比，集成濾波器大大地減少了寄生電容。在這樣的電路中，有源器件是單片集成的。 20 世紀 70 年代中期有源RC 濾波器開始流行，人們開始考慮將濾波器進行集成。 20 世紀 50 年代人們發(fā)現(xiàn)，用有源電路來代替體積大而且價格昂貴的電感可以大大地減小電路的尺寸和降低電路的成本。從 20 世紀 20 年代到 20 世紀 60 年代末，許多濾波器是由無源元件如電阻、電容和電感組成。 filters； simulation 無源梯形高階高通濾波器的模擬設計 1 第 1 章 概 述 濾波器的概述 許多現(xiàn)代通信系統(tǒng)如電視、電話等都包括各種各樣的濾波器。最后的仿真結(jié)果表明 OTAC 濾波器滿足設計要求。 對濾波器的調(diào)諧問題進行了研究。 對于應用頻率較高的濾波器，介紹了新型元件運算跨導放大器 OTA，給出了它的模型以及應用原理，并且提出了一種 OTA 電路的設計，給出了電路參數(shù)，并且在此基礎上，介紹了如何將無源 RLC 梯形濾波器轉(zhuǎn)換成有源 OTAC 濾波器。 ABSTRACT..................................................................................................................... 錯誤 !未定義 第 1 章 概述 ................................................................................................................... 1 濾波器的概述 ........................................................................................................ ...1 模擬濾波器 .......................................................................................................... ...2 離散時間濾波器 ....................................................................... .... ........... ..2 連續(xù)時間濾波器 ............................................ ................................ ...... ...... 2 模擬集成濾波器的現(xiàn)狀及前景 ................................................................... .... .3 第 2 章 跨導集成運算放大器 (OTA) .................................................................................... 4 跨導集成運算放大器概述 ................................................................................................ 4 跨導運放 OTA 的應用 ........................................................................................................ 6 小結(jié) ......................................................................................................................................... 11 第