易采用CMOS技术集成的多功能电流模式滤波器的设计和仿真验证分析
1 引 言
自电流传输器问世以来，电流模式滤波器因具有电路结构简单、功耗低、工作电压低、线性度好等优点而得到广大模拟电路设计者的关注，第二代电流传输器ccⅱ（the second generation current conveyor）的电流模式滤波器不断被提出。但ccⅱ（包括moccⅱ，多段输出第二代电流传输器）存在2个不足：
（1）由于ccⅱ的x端存在1个寄生电阻，使得y端到x端的电压传输产生较大的误差，从而导致传递函数产生误差；
（2）不具有电控性，即不能通过外加偏置电流或电压来调整ccⅱ的参数，从而使得滤波器不具有电控性。
cccⅱ是法国学者fabre于1996年在ccⅱ电路基础上提出来的。它除了具有ccⅱ的优点（动态范围大、线性度好、功耗低、频带宽）外，还克服ccⅱ的上述两个不足，且基于cccⅱ的滤波器不含外加电阻，便于集成。由cccⅱ可以构成多种形式的模拟电路，如滤波器、放大器及振荡器等。由于cccⅱ的电控性，使得基于cccⅱ的滤波器及振荡器的参数可以通过外接电流或电压进行调节。
由于cccⅱ仅含有单端或双端输出，用它设计电路时存在不足，不便于兼顾电流输出与反馈，从而使电路结构较为复杂。为此，本文在cccⅱ的基础上引入了mocccⅱ（多端输出的电流控制第二代电流传输器）电路，提出了基于mocccⅱ的二阶多功能电流模式滤波器，可以实现高通，带通，低通，带阻，全通功能。文中给出了电路的仿真结果和理论计算，验证了设计的正确性。
2 电路描述
图1所示为moccclⅱ的电路符号。
图2为所设计滤波器电路，该电路由2个mocccⅱ和2个接地电容构成。
由端口特性，可得电路3个输出端口的传输特性方程：
从以上看出电路通过电流输出端jhp（s），ihp（s），ilp（s）可以分别实现高通，带通，低通的功能。式（5）显示品质因子q可以通过c1和c2实现可调；中心频率ω0通过rx实现独立可调，与品质因子q不相关。因此，电路可以分别实现特征参数ω0和q的独立可调。
带阻和全通功能可以分别通过ibs（s）=ihp（s）+ilp（s）和iap（s）=ihp（s）+ibp（s）+ilp（s）获得。
5种滤波功能可以分别通过选择不同的端口来实现。
3 灵敏度分析
根据灵敏度的定义：得到的中心频率ω0和品质因素q相对于电路元件（rx1，rx2，c1和c2）的灵敏度如表1，灵敏度不随电路元件参数变化。
如表1所示，中心频率ω0和品质因素q相对于电路元件的灵敏度很低。
4 设计举例
为了验证理论分析的正确性，用pspiee工具来仿真实际电路，并与理论值相比较。
作为实现电路特性的例子取中心频率f0（=ω0／2π）=1 mhz，q=1.0。
用cmos构成的mocccⅱ做pspice仿真的宏观模型图如图3，图4所示；设定其中的偏置电流ibi（i=1，2）=6.0μa，c1=c2=6 pf，偏置电压vdd=-vss=1.85 v，iin=1 μa，pmos的宽长是w=3 μm，l=2μm；nmos的宽长是w=3 μm，l=4μm。
用pspice仿真，其仿真结果，幅频和相频曲线图如图5所示。他在很宽的频率范围内都有效。
5 结 语
提出了一种新颖的基于mocccⅱ-c的二阶多功能电流模式滤波器。验证了该电路能通过选择不同的输出端电流实现高通，带通，低通，带阻，全通5种功能，特性参数可以通过偏置电流和接地电容进行调节，而且具有很低的灵敏度，仿真结果验证了在较宽的频率范围内表现良好，电路结构容易用cmos技术集成。
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（1）由于ccⅱ的x端存在1个寄生电阻，使得y端到x端的电压传输产生较大的误差，从而导致传递函数产生误差；
（2）不具有电控性，即不能通过外加偏置电流或电压来调整ccⅱ的参数，从而使得滤波器不具有电控性。
cccⅱ是法国学者fabre于1996年在ccⅱ电路基础上提出来的。它除了具有ccⅱ的优点（动态范围大、线性度好、功耗低、频带宽）外，还克服ccⅱ的上述两个不足，且基于cccⅱ的滤波器不含外加电阻，便于集成。由cccⅱ可以构成多种形式的模拟电路，如滤波器、放大器及振荡器等。由于cccⅱ的电控性，使得基于cccⅱ的滤波器及振荡器的参数可以通过外接电流或电压进行调节。
由于cccⅱ仅含有单端或双端输出，用它设计电路时存在不足，不便于兼顾电流输出与反馈，从而使电路结构较为复杂。为此，本文在cccⅱ的基础上引入了mocccⅱ（多端输出的电流控制第二代电流传输器）电路，提出了基于mocccⅱ的二阶多功能电流模式滤波器，可以实现高通，带通，低通，带阻，全通功能。文中给出了电路的仿真结果和理论计算，验证了设计的正确性。
2 电路描述
图1所示为moccclⅱ的电路符号。
图2为所设计滤波器电路，该电路由2个mocccⅱ和2个接地电容构成。
由端口特性，可得电路3个输出端口的传输特性方程：
从以上看出电路通过电流输出端jhp（s），ihp（s），ilp（s）可以分别实现高通，带通，低通的功能。式（5）显示品质因子q可以通过c1和c2实现可调；中心频率ω0通过rx实现独立可调，与品质因子q不相关。因此，电路可以分别实现特征参数ω0和q的独立可调。
带阻和全通功能可以分别通过ibs（s）=ihp（s）+ilp（s）和iap（s）=ihp（s）+ibp（s）+ilp（s）获得。
5种滤波功能可以分别通过选择不同的端口来实现。
3 灵敏度分析
根据灵敏度的定义：得到的中心频率ω0和品质因素q相对于电路元件（rx1，rx2，c1和c2）的灵敏度如表1，灵敏度不随电路元件参数变化。
如表1所示，中心频率ω0和品质因素q相对于电路元件的灵敏度很低。
4 设计举例
为了验证理论分析的正确性，用pspiee工具来仿真实际电路，并与理论值相比较。
作为实现电路特性的例子取中心频率f0（=ω0／2π）=1 mhz，q=1.0。
用cmos构成的mocccⅱ做pspice仿真的宏观模型图如图3，图4所示；设定其中的偏置电流ibi（i=1，2）=6.0μa，c1=c2=6 pf，偏置电压vdd=-vss=1.85 v，iin=1 μa，pmos的宽长是w=3 μm，l=2μm；nmos的宽长是w=3 μm，l=4μm。
用pspice仿真，其仿真结果，幅频和相频曲线图如图5所示。他在很宽的频率范围内都有效。
5 结 语
提出了一种新颖的基于mocccⅱ-c的二阶多功能电流模式滤波器。验证了该电路能通过选择不同的输出端电流实现高通，带通，低通，带阻，全通5种功能，特性参数可以通过偏置电流和接地电容进行调节，而且具有很低的灵敏度，仿真结果验证了在较宽的频率范围内表现良好，电路结构容易用cmos技术集成。
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