用第三代电流传送器设计电流模式有源滤波器.pdf
第28卷第6期湖南大学学报(自然科学版)Vo1.28,No.62 0 0 1年12月Journal of Hunan U niversity(N atural Sciences Edition)Dec.20 0 1文章编号:100022472(2001)0620059205用第三代电流传送器设计电流模式有源滤波器何怡刚,陈洪云,谢宏(湖南大学电气与信息工程学院,湖南 长沙410082)摘要:提出了一种利用第三代电流传送器设计电流模式有源滤波器二阶节的方法 用该法能生成诸如低通、高通、带通、带阻、全通等各种标准电流模式二阶节这些滤波器具有低元件参数灵敏度和高输出阻抗,级联可实现高阶电流模式滤波器关键词:电流传送器;电流模式滤波器;模拟电路理论与设计中图分类号:TM 713文献标识码:AN ew Current2M ode A ctive Filters EmployingThird2generation Current ConveyorHE Yi2gang,CHEN Hong2yun,X IE Hong(College of Electrial and Information,Hunan U niv,Changsha410082,China)Abstract:By using a single third generation current conveyor(CC),a novel net2work for realizing standard second2order filters,i.e.highpass,lowpass,bandpass,etc.,isproposed.Their network parameters have low passive sensitivities.A ll the new filtersections have high output impedance and can be easily cascaded to produce higher2orderfilter sections.Key words:current conveyor;current2mode active filter;analog circuit theory anddesign由于电流模式电路比电压模式电路具有更宽的信号频带、大线性度和大动态范围,因而电路的电流模式设计受到理论工作者和工程师们的高度重视4 电流传送器已成为电流模式电路实现的基本单元在有源滤波应用方面,就有许多研究成果问世19目前电流传送器已发展到第三代10 正如Fabre所言,第三代电流传送器将首先在电流模式电路中得到应用本文提出了由第三代电流传送器系统生成二阶滤波器节的一般网络结构,适当选择收稿日期:2000204212基金项目:教育部科学技术研究项目(99090),教育部 高等学校骨干教师资助计划 项目(教文技司200065号文)作者简介:何怡刚(1966-),男,湖南新邵人,湖南大学教授,博士生导师.网络参数,能得到各种二阶滤波器,诸如低通、高通、带通等 它们具有低元件参数灵敏度和高输出阻抗,通过级联可实现高阶电流模式滤波器本文还分析了第三代电流传送器的非理想因素对滤波器特性的影响1二阶滤波器节的系统生成方法考虑图1所示网络,其中第三代理想电流传送器由下式描述图1系统生成二阶滤波器节的一般网络iyvxizi-z=0-100100001000-100vyixvzv-z,(1)三端无源网络N1,N2由短路导纳矩阵描述I1I2=y(1)11y(1)12y(1)21y(1)22v1v2,(2)I3I4=y(2)11y(2)12y(2)21y(2)22v3v4,(3)考虑到v1=v3,v2=vx,v4=vy,联立求解(1),(2),(3)式可得到图1所示网络电流传输函数为IoIi=y(2)21y(1)22-y(1)21y(2)22(y(1)11+y(2)11)(y(1)22+y(2)22)-(y(1)12+y(2)12)(y(1)21+y(2)21).(4)根据式(4),适当选择N1,N2网络参数,可综合得到各种要求的滤波器电流传输函数设N1,N2网络分别为如图2和图3所示,分析可得网络短路导纳参数为y(1)11=y1+y6+y2(y3+y4)y2+y3+y4,(5)y(1)12=y(1)21=-y2y4y2+y3+y4,(6)y(1)22=y5+y6+y4(y3+y2)y2+y3+y4,(7)图2 网络N1的一种结构 图3 网络N2的一种结构y(2)11=-y(2)12=-y(2)21=y7,(8)06湖南大学学报(自然科学版)2001年y(2)22=y7+y8.(9)图1所示网络中,N1,N2如图2,3所示,根据式(4)式(9),通过适当选择N1,N2网络参数,则可实现各种二阶滤波电流传输函数下面仅举几个示范性例子111 带通滤波器若选择y3=y5=y6=y7=0,y2=y4=,y1=1?R1+sC1,y8=1?(R8+1?sC8),此时图1所示网络如图4所示根据式(4)式(9)可得网络传输函数为IoIi=sC8R11+s(C1R1+C8R8+C8R1)+s2C1C8R1R8=(10)1ss2+0?Q0s+20.(11)式中 1=1?C1R8,(12)20=1?C1C8R1R8,(13)0?Q0=1?R8C1+1?R1C1+1?R8C8.(14)图4 带通滤波器1.2 低通滤波器若选择y3=y5=y6=0,y4=,y1=sC1,y2=1?R2,y7=sC7,y8=1?R8,此时图1所示网络如图5所示根据式(4)式(9)可得网络传输函数为IoIi=11+s(C1R2+C7R2+C1R8)+s2C1C7R2R8=(15)1s2+0?Q0s+20.(16)式中 20=1?C1C7R2R8,(17)0?Q0=1?R8C7+1?R8C1+1?R2C7.(18)113 高通滤波器若选择y3=y5=y6=0,y4=,y2=sC2,y1=1?R1,y8=sC8,y7=1?R7,此时图1所示网络如图6所示根据式(4)式(9)可得网络传输函数为IoIi=s2C2C8R1R71+s(C8R7+C8R1+C2R7)+s2C2C8R1R7=(19)s2s2+0?Q0s+20.(20)式中 20=1?C2C8R1R7,(21)16第6期何怡刚等:用第三代电流传送器设计电流模式有源滤波器0?Q0=1?R1C2+1?R7C2+1?R1C8.(22)图5 低通滤波器 图6 高通滤波器2 灵敏度与非理想性分析使用由第三代电流传送器构成的图1所示网络可系统生成各种二阶滤波电流传输函数由于所提网络中没有外反馈,因而具有高输出阻抗,级联可实现较高阶滤波器根据灵敏度定义,设网络参数为y,电路元件参数为x,则网络参数y对电路元件参数x变化的灵敏度为Syx=x5yy5x.(23)通过计算可得由本文所提方法生成的所有二阶滤波器中参数 0,0?Q0对无源元件参数的灵敏度均小于1下面考虑非理想电流传送器对滤波特性的影响假定非理想电流传送器描述如下iyvxizj-z=0-h100h30000h4000-h200vyixvzv-z,(24)式中hi=1+i,i 1,i=1,4为电压电流跟踪误差10式(1)用式(24)代替,则式(4)为IoIi=h3y(2)21y(1)22-y(1)21y(2)22(y(1)11+y(2)11)(h1h3y(1)22+y(2)22)-(h3y(1)12+y(2)12)(h1y(1)21+y(2)21),(25)根据式(25)可分析出由图1所示网络生成的二阶滤波器特性受电流传送器非理想因素的影响以图4所示带通滤波器为例,考虑电流传送器的非理想因素时,电流传输函数为IoIi=s?h1h3C1R8s2+s(1?C1R1+1?h1h3C1R8+1?C8R8)+1?C1C8R1R8.(26)从式(26)可见,滤波器参数0将不受电流传送器非理想因素的影响,0?Q0及增益因子受到的影响也很小26湖南大学学报(自然科学版)2001年3 结 论本文提出的由第三代电流传送器系统生成的各种二阶电流模式滤波器,具有低元件参数灵敏度和高输出阻抗,可用做高阶电流模式滤波器的级联节参考文献:1SM ITH K C,SEDRA A.The current conveyor:a new circuit building blockJ.IEEE Proc,1968,56(8):1368-1369.2 SEDRA A,SM ITH K C.A second2generation current conveyor and its application J.IEEET rans,1970,CT217:1322134.3FABRE A,MART I N F,HANA F IM.Current model allpass?notch and bandpass filters w ith re2duced sensitivitisJ.Electron L ett,1990,26:1495-1496.4焦李成 电流模式信号处理的进展与展望J.电子学报,1992,20(7):87-92.5ANDA Y F,GUN ES E O.Realization ofnth2order transfer functions using current conveyorsJ.Int J Circuit Theory and Applications,1992,20:693-695.6ABU ELMA A TT IM T,KHAN M H.Low component current2mode universal filterJ.ElectronL ett,1995,31(25):2160-2161.7GUN ES E O,ANDA Y F.Realization of current2mode low pass filters using CFCC IISJ.ElectronL ett,1995,31(25):2161-2162.8 CELMA S,SABADELL J,MART I N EZ P.U niversal filter using unity2gain cellsJ.ElectronL ett,1995,31(21):1817-1818.9WU J,E I2MA SRY E.Current2mode ladder filters using muliple output current conveyorsJ.IEEProc Circuits Devices Syst,1996,143(4):218-222.10FABRE A.Third2generation current conveyor:a new helpful active elementJ.Electron L ett,1995,31(5):338-339.11SCHAUMANN R,GHAU SIM S,LA KER K R.Design of analog filters:passive,active RC andsw ithed capacitorM.Englewood Cliffs,NJ:Prentice2Hall,1990.36第6期何怡刚等:用第三代电流传送器设计电流模式有源滤波器
