MDDCC多功能电流模式二阶滤波器的实现

自电流传送器(Current Conveyor，CC)问世以来，采用电流传送器来实现多功能有源滤波器的功能和优点受到广泛关注。基于第二代电流传输器(The Seeond Generation Current Conveyor，CCⅡ)的电流模式滤波器由于其带宽，线性和动态范围等性能比运算放大器(Operational Amplifier)更优越而被广泛地研究。而FABRE A等人则利用双极型晶体管的线性互导特性，提出了电流控制电流传送器(CCCⅡ)，从而将电流传送器的应用拓宽到电子可调谐功能的领域。

近年来，很多三输入、单输出多功能二阶滤波器被陆续提出。在文献[1，2，5-9]中，都提出了三输入、单输出二阶多功能滤波器，但是他们都至少需要两个有源器件来实现多功能滤波器，电路结构不够简单，使用不够灵活。CHIU W Y，HORNG J W等提出的三输入、单输出滤波器，能实现多种滤波功能，但是所用的有源器件太多(文献[1]中需要3个DDCC和4个RC元件，文献[6]中需要3个CCⅡ和5个RC元件，文献[4]中需要3个CCⅡ和6个RC元件，文献[7]中需要5个CCⅡ和8个RC元件)，而且角频率ω0和品质因素Q不能独立可调。HORNG采用3个CCⅡ和4个RC元件来实现电压模式多功能滤波器，但是这个电路的灵敏度不够低，影响电路的稳定性。文献[9]提出了最小元件的新型多功能CCCⅡ-C电流模式滤波器，虽然其功能比较完善，但是这个电路仍然很复杂，需要两个CCCⅡ和两个电容，而且角频率和品质因素不能独立可调。

基于此，本文提出单DDCC三输入、单输出多功能电流模式二阶滤波器的结构电路，可以产生二阶高通、低通及带通滤波器。该电路结构极为简单，易于电路集成，而且电路具有很低的无源灵敏度和有源灵敏度，角频率和品质因素独立可调。

2 电路的提出与分析

Chiu W等人在1996年首次提出差动差分电流传送器DDCC，DDCC综合了CCⅡ和DDA的优点如较大的信号带宽、更大的线性度、更广泛的动态范围、简单的电路、低功率消耗、高输入阻抗，而且DDCC具有三个高输入电压端Y1，Y2，Y3，更易于电路集成。

本文采用的MDDCC(Multiple Differential Difference Current Conveyor)是在文献[1]提出的DDCC的电路基础上采用交叉耦合电流镜技术实现正负多端输出的。MDDCC端口特性可由矩阵(1)表示：

本文提出的单DDCC多功能电流模式二阶滤波器的结构电路如图1所示，整个结构电路仅由1个MDDCC器件及2个电容，3个电阻构成。

在图1中，由MDDCC端口特性和电路基本理论得到的传递函数：

由式(2)可知，采用不同的输人方式，可以得到不同的二阶滤波函数：

3 灵敏度分析

考虑到MDDCC的非理想状况，上面给出的MOCCCⅡ的端口特性改写为：

由此该滤波器的传输函数式(2)的分母多项式改写为：

由于∣εi ∣＜＜1，∣εv∣＜＜1，所以考虑到非理想因素的固有频率和品质因数仍然近似于理想情况下的固有频率和品质因数。

从式(10)可以看出，在非理想状况下，滤波器的有源和无源灵敏度都很小，其绝对值均不大于1／2。

4 硬件仿真

对图1所示的电路进行了硬件实验，对高通、低通及带通滤波器进行HSpice仿真。实验采用的MDDCC单元电路如图2所示，图2中的MOS管采用Chartered CMOS 0.35 μm工艺的nmos_3p3和pmos_3p3，表1给出了CMOS管沟道的宽长比。

仿真时取所有电阻R=10 kΩ，所有电容为C=50 pF，电源电压为VDD=-VSS=1.65 V，偏置电压为VB=-0.76 V，对滤波器进行仿真，所得结果如图3所示。

由实验数据的分析结果可以看出，在该滤波器电路中，通过不同的输入端，在输出端可以分别实现高通、低通和带通滤波功能。同时从实验中设定的参数可知，所讨论的滤波器的固有频率ω0=2×106rad／s，则对应的截止频率f=372 kHz，与图中的实验结果完全相符。显然，仿真结果与理论分析一致，证实了电路的可行性。

5 结 语

本文提出了单MDDCC电流模式多功能二阶滤波器结构电路，该电路具有以下特点：

电路非常简单。整个电路仅由1个MDDCC和5个RC元件构成；电路具有多功能性，可以产生电流模式二阶低通、高通及带通滤波器；具有较低的灵敏度；固有频率ω0和品质因数Q相互独立可调；便于硬件实现，易于电路集成。