求一种新颖的电压模式通用二阶CFA滤波器设计

　　1 引言
　　电压运算放大器是模拟威廉希尔官方网站 设计中的基本有源器件，由普通电压运算放大器组成的威廉希尔官方网站 ，其工作频率较低。电流反馈放大器（Current Feedback Amplifier，CFA）是一种结构全新的运算放大器，他不但能提供近乎常值的带宽，
　　而且还具有高的转换速率。由他组成的威廉希尔官方网站 ，在频率特性、动态范围等方面具有比由OTA组成的威廉希尔官方网站 更加优良的性能［1-30］。近年来，电流反馈放大器在二阶滤波器威廉希尔官方网站 中得到了一些应用［6-10］，而采用电流反馈放大器（CFA）构成的电压模式或电流模式双二次滤波器的文献不断见诸报道，其中主要的形式有两种：一种为单输入多输出型滤波器；另一种为三输入单输出型滤波器。但从文献看，多数威廉希尔官方网站 使用的CFA器件数目较多。本文提出了一种三输入单输出电压模式通用二阶滤波器威廉希尔官方网站 ，该威廉希尔官方网站 仅用2个电流反馈放大器（CFA）、2个电容、3个电阻来构成，威廉希尔官方网站 结构简单，能实现二阶低通、带通、高通、陷波、全通滤波函数。并用PSpice对该威廉希尔官方网站 进行了仿真，仿真结果表明，该威廉希尔官方网站 设计正确，理论分析与仿真结果相吻合。
　　2 CFA威廉希尔官方网站 结构及原理
　　电流反馈放大器（CFA）是一种四端口器件如图1所示，他的威廉希尔官方网站 传输特性为：
　　
　　即Iy=0，Vx=Vy，Ix=±Iz，Vo=Vz，公式（1）中“+”对应CFA+，“－”对应CFA－，由此可知x端电压跟随y端电压，z端电流跟随x端电流，y端是高阻输入，Iy=O，z端电压跟随o端电压［6-9］变化。
　　3 二阶滤波器原理
　　本文采用如图2所示滤波器威廉希尔官方网站 ，该威廉希尔官方网站 是由2个CFA2个电容和3个电阻来构成。对图2威廉希尔官方网站 进行威廉希尔官方网站 分析得：
　　
　　由上述方程，可得威廉希尔官方网站 电流传输函数：
　　
　　由式（6）可知，改变输入信号V1，V2，V3，可以分别实现低通、带通、高通、陷波、全通滤波函数。实现条件与滤波器类型的对应关系如表1所示。
　　
　　威廉希尔官方网站 极点参数为：
　　
　　
　　由式（7），式（9）可知，极点角频率和极点品质因素能实现独立调节。
　　根据灵敏度的定义 得到特征频率ωP，QP相对电阻元件和电容元件的变化灵敏度，ωp，QP，的无源灵敏度为：
　　
　　由式（10），式（11）可知，ωp，QP的无源灵敏度是较小的。
　　考虑CFA的非理想特性，其端口特性为：
　　
　　其中：a=1－ε1，︱ε1︱＜＜《1，ε1表示电流反馈放大器的电流跟踪误差，β=1－ε2，︱ε2︱＜＜1，ε2表示电流反馈放大器的输入电压跟踪误差，γ1=1-ε3，︱ε3 ︱＜＜1，ε3表示电流反馈放大器的输出电压跟踪误差，通过分析，可求得输出电压为：
　　
　　由式（18），式（19）可知，ωP，QP有源灵敏度也是较小的。
　　4 威廉希尔官方网站 仿真
　　为了验证设计滤波器威廉希尔官方网站 的正确性，作者用PSpice对该威廉希尔官方网站 进行了威廉希尔官方网站 仿真。当R1=R2=R3=1 kΩ，C1=C2=0．1 μF，由式（8）得：fp=1．59 kHz，在PSpice9．1下，对图2所示威廉希尔官方网站 进行仿真，得到幅频特性（如图3所示）与要求的技术参数相吻合。
　　
　　5结 语
　　本文提出了一种仅用2个电流反馈放大器（CFA）、2个电容和3个电阻构成的电压模式通用二阶滤波器威廉希尔官方网站 ，能实现二阶低通、带通、高通、带阻、全通滤波函数。对该威廉希尔官方网站 进行了威廉希尔官方网站 分析，得到了电压传输函数及威廉希尔官方网站 参数。并用PSpice对该滤波器威廉希尔官方网站 进行了仿真，仿真结果表明，该滤波器威廉希尔官方网站 设计正确，理论分析与仿真结果相吻合。威廉希尔官方网站 具有如下特点：
　　（1）能实现电压模式二阶低通、带通、高通、陷波、全通滤波函数；
　　（2）威廉希尔官方网站 结构简单；
　　（3）具有的元器件较少；
　　（4）无源、有源灵敏度较小；
　　（5）ωP ，QP可调
　　（6）威廉希尔官方网站 易于实现。