第卷第期选阳电力高等专科学校学报99年月采用电流传输器实现低通滤波器的精确补偿及仿真尹常永摘要关键词1都波实现三阶低通滤波器为例来分析电本文以一种用第二代电流传愉器,路工作在非理想状态下的精确补偿方式并得出补偿后该电路具有有源低灵敏度电流传输器电流模式精确补偿仿真。引言目前乃至21世纪初硅集成工艺仍是大规模和超大规模集成电路的主导工艺为实现高,,、、,速高精度宽频带模拟集成电路电流模电路理论与高速集成工艺相伴发展成为新兴电路技术分支由于电流模比电压模具有更好的电流信号处理能力使它对当代及今后各种高速宽频带高精度线性和非线性模拟集成电路的发展至关重要。retocn电流传输器(盯nveyer,,。,,`,’)结合了电压模式和电流模式两者的优点成为继运算放,、、大器(OA)后提出的一种新型有源器件它在处理高速宽频带高精度模拟信号方面比传统电压运放(VOA)具有很大的优越性大有取代VOA之趋势因此电流传输器的发展在近,,,代电流模技术发展中起着重要作用本文讨论由ClCl(ClCl)。`2)实现的电流模式三阶式低滤波器的,,B吐terworht特性同时分析,,工作在非理想条件下电路的精确补偿问题得出该电路具有有源低灵敏度并用计算。机仿真分析2理想的电流传输器)所示基本电流传输器工作原理是电流传输器是三端口电流模电路其方框图如图(l,,如果电压(U,)加在YI二输人端则在,x输人端将出现相等的电位(UY二一U,),同理流进,I一I:,x输人端的输人电流输出端::将产生等量的流进,输人端的电流I(I,,一I):;并且电流被传送到}Z,,而Z端具有电流源的特性电流数值上等于,I~I~I且具有高输出阻抗,x端的电位可通过,,Y端。;>一::-的电位来设定与流进端的电流可通过压无关这样,,x端的电压无关同理流过,Yx输人电流来设定与加在YY端的电一一卜)一一谁`一以:’一X端电位相对于端的电位具有虚短卜一、一}火几{路特性。图1基本电流传愉器本文1997一05一16,收到尹常永郝波助教沈阳电力高等专科学校电力系副教授沈阳电力高等专科学校电力系一]t和口r提出mi网hldS口是一种重要的三端s络l)e,CC(如果规定三端电流流人端a口为正则其端,)求的混合矩阵来表示特性可以用(l阵{尸叫四门OI{)L」L0lzU一’0。1例{1)LUzJ,。`(1)用33ClCl可以简单地搭接出放大器积分器微分器加法器和滤波器等,,用电流传输器构成的三阶低通滤波器1理想根据CClCl实现的三阶低通滤波器。Cll的端口特性(由(l)式表示)我们分析由Cl)的特性Cl实现的电路(图2`袄,肚!了夕了X犷、.|;CY一一一óù刃刹卜ZX下立;1竹lù11厂`司|州川明一厂一一一、1je、s`J-夕l川睁一一Z.一一z一一1!t:C11土!一伪丁李RZse|l厂,一ù一ù一一!R5占.二ll十一下IōC3一R一一l州rasel斗一U匕图2!电流模三阶低通滤波BUTTERWORTH网络Rl该电路由三个电流传输器和三对电阻电容及放大电阻组成放大网络,,一卜和R,4构成,Cl)和RCl(13,,,R;CCll(3)和R:,C:及:RS,CS组成低通滤波部分一sRZCZCCll(2)和RC3构成调整反馈部分可得该电路的传递函数为T`S,一(普-哥哥S)〔(哥,〕S3RZCZR3C3RsCS+52〔RzeZRsC3+RSC{RZCZ+R3(C3一CZ)+S{RZcZ+Rses+}〕Rs(C3一姚)}十z(2)GZAS+BS+CS+13,由上式可以见该网络为由令R=Rl;ClCl实现的三阶低通滤波器C一C一C一CZ。S。取sRZ3S=R一R一R时得:T()一3R3/R4325+25+25+l4,其中分子R/R为增益值可以通过调整ButterR,和R4来确定而此时,B一c一2和A一1可获得最大平稳度3worth响应。2补偿分析由于集成电流传输器的性能受电路结构和工艺的限制,ClCl常工作在非理想情况下一2一若规定三端电流流人端口为正,则其端口特性可以用(4)式的混合矩阵来表示,即厂se!1L卜Uzl州lJ|厂|LU0O衡00叩引川ù尸L.|l|UIx月刘!l|一…(4)其中,ai一l一占、,bi=l一占,,i=1,2,3(5)己;和己为CCH的电流偏差和电压偏差,理想条件下都为零,根据(4)则图2给出的电流模式三阶低通实现的传递函数为:_`_、aooT,(塑二牙二bR轰2H一SRC,(1一H)`、(S)~一’、R;)〔s3RZCZR与C落RoCs+52〔RZCZR与C怠+RsC。{RZCZ+R与(C乞一C笼))〕+S{RZCZ+RSCS+R乌(C怠一CZ)}+z〕(6)其中H一alb,R4/b3RI一C;一C3/aZb:(7)R;=R3a2b2ClCl在理想条件下,1占,一O,则ai一b一l由()3式知当b一C一2和A一1时能获得最大平稳度Butterworth响应。通过对C:和R`的调整来补偿ClCl的非理想情况在C3上串联一个电容C。和R3也串联一个电阻r。由(7)式可得C。和r。满足下式{a,b,(C一’+C万1=C一1(a2b2(r。+R)=R一般情况下“,各i二《001所以ai占,=o苦、`了盈1朽曰八口Oē少、、少、将(5)式代人得aZbZ一(l一a`2)(1一各。)、一各:其中占2~a.2+avZ将(9)式代人(8)式得:{C=(l一占,)C/占,幻e/占,、Z(r。=aZR/l一台2、R占2由上述补偿分析可见,通过对传递函数分母系数的调整即某些无源元件精确补偿,就可以达到对ClCl精密补偿的效果。3.3灵敏度分析根据灵敏度定义(s、一誓/奢一鲁翼)可得有源零敏度s%,sQ可以表示为(5)Sow一Stc一SB’11SQ一SA)一(SC(+SB)其中w。为极点角频率,Q为品质因素,非理想条件下B’一C’一2己2和A’一A一1所以只有B,C对ClCl的偏差有影响,因此SWO一。而一022一上伙O一入OvSaQ.ly一(12)n=1和3由上式可见电流模三阶低通Butterwrobt网络具有实效的有源低灵敏度一3一仿真分析我们对三阶低通滤波器进行计算机仿真分析,其中ClCl的特性用(13)式矩阵描述。卜旧队lLzewl州lv刁」sel厂ùlse10田引!|l卜山卜瓜闺门zJjl|+叭一seO(13)其中占,为ClCl电压偏差,对于三阶低通滤波器其传递函数为__、、ZZT即场b:R`“-甲,二,二二se二二尸二二H一SR二布C;~(I:;二一r一’H`(S)二(二二二二二二尸二认二二r二二二二,,、`“己景井巴节二;井-,r;;r二布二二弋)气二二,二二,二二二二-,气戒一-二二,凡’)S3R:C:R乞C与RsCs+S盆〔R:C:R与C乞+R`C。(R:C:,气+R与(C怠一CZ)}一二〕+S(R:C:+RoCs,+=r--二二一二六一}+甲,R与(C与一CZ)1(14)其中H任b1R`/b3RI,C丢=C3/bZ,R{=R3b:取R=5IKQ,C=lo0PF,f。~soKHZ和a,=o或台,=l%时可得到(图3)所以经过补偿后C。和r。后可以得曲线与占,一o时基本相符合而达到精确补偿目的,考虑电流偏差时也可以得到上述结果。伞(Tf/动补偿后了6二1%飞1图3CCn低通仿真结果5结束语通过对ClCl实现的三阶低通滤波器的传递函数的分母系数的精确补偿,可以很好地克服ClCl的非理想因素,同时具有良好的低灵敏度,此种补偿方式也适用于其他的滤波网络中。参考文献1张凤言编著电子电路基础高等教育出版社1995515。2KumarU,ShuklaSKMieroe—高性能模拟电路和电流模技术leetronJ198516(1)473KCsmithAsedra,proeIEE,1986,56,1368—52。。4SURAKMPONTORN,W…”Aeeurateemo—1369s—baseeurrenteonveyorsIEEETvans1991,IM一40,699一702。SODERSTRAND,MAandMITRASKSENSITIVITYanalysisofthirdorderfilter’IntJEleetron197230PP265一272。一4一