基于EOTA的高階高通濾波器研究

貴州民族大學信息工程學院 岳春光 蔡 立

基于EOTA的高階高通濾波器研究

貴州民族大學信息工程學院 岳春光 蔡 立

提出了一種基于EOTA的高階濾波器設計方法。通過調節EOTA的偏置電流改變其跨導gmT，改變用EOTA搭建濾波器的中心頻率、通帶增益、Q值，減小其非線性誤差至0．37%，使濾波電路中元件的靈敏度降低。結果表明用EOTA代替普通OTA的濾波器有效地降低了高通濾波器的上升時間。

EOTA；線性電可調；高階高通；上升時間

OTA是跨導運算放大器,其主要應用于模擬電路中,實現信號處理、運算,電流模與電壓模［1］電路中也經常用到。OTA主要實現電壓電流信號轉換。普通OTA的跨導雖然可調,但其傳輸轉換特性的線性持續范圍窄,跨導受溫度影響嚴重,缺點明顯。EOTA［2］是通過外加偏置電流調節的器件,通過合理組合OTA實現跨導增益平方效果,比普通跨導運算放大器有更寬的可調范圍。

1 EOTA電路描述

用三個普通OTA(OPA660),通過合理組合搭建線性的,可通過偏置電流調節的EOTA,圖1為其具體搭建電路,OTA1實現將輸入信號轉換為電流信號,電流流過有源負載。其中：

圖1 EOTA電路圖

gmT代表提出的EOTA的跨導增益,可寫成：

其中：

2 EOTA濾波器設計

用OTA(OPA660)搭建KHN［3］電路,將電壓模［4］電路轉換成電流模［5］電路。由于前文介紹的EOTA的特性,頻帶寬、線性度好、可調范圍大,因此用EOTA代替OTA構建KHN電路。KHN電路使用接地電容兩個,EOTA四個,結構簡單,便于實現,易于集成。由電路分析知識可知,令u1為輸出,可以實現對輸入的二階高通濾波功能,其傳遞函數為：

通過電路分析,實現式(5)可圖2所示的EOTA-C濾波電路,由EOTA模塊實現的高通濾波器電壓傳輸函數式為(6)、其中分別為的跨導。

圖2 EOTA-C高通濾波器電路

對其他元件的靈敏度,可通過類似的計算方法求得,結論顯示,該濾波器降低了對有源［6］元件,無源元件的靈敏度。

圖3 OTA濾波器頻譜特性

圖4 EOTA濾波器頻譜特性

3 仿真結果

分別用EOTA,OTA搭建的如圖2所示的高通濾波器,電路中除了OTA和EOTA器件不同,其他元器件均相同。其截止頻率都是30KHz。用PSPICE對兩個高通電路進行仿真,仿真結果如圖3、4所示。從圖中可以看出,EOTA搭建的高通濾波器在截止頻率處具有更小的頻帶轉換范圍,有更陡峭的轉換特性,更接近理想濾波器。將兩幅圖中的參數做具體比較,比較結果列于表1。

表1

從表1中的比較得出,用EOTA做的高通濾波器有更好的陡升作用,頻帶平均比OTA搭建的高通濾波器窄10.87KHz,斜率平均大13.56o。

4 結論

用三個OTA搭建的EOTA,其電路特性雖和普通的OTA相似,但線性調節范圍比普通OTA明顯增大,實現了線性電可調寬頻帶的跨導運算放大,將其用進高通濾波器中,克服了OTA模擬濾波器頻帶轉換寬度寬、頻帶轉換陡升效果差等問題,同時降低了電路中元件的靈敏度。并用它構建了高通濾波器電路。PSPICE仿真結果證實了采用EOTA搭建的高通濾波器頻帶頻帶轉換寬度更窄,具有更好的陡升作用,縮短了上升時間。

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[2]岳春光．基于EOTA的多功能連續域濾波器設計[J]．河南師范大學學報,2012,07:：38-41．

[3]王淑艷．基于相似矩陣的OTA全集成有源濾波器的設計[J]． 天津大學學報,2005,38：55-67．

[4]成堅．一種高頻寬線性可調的OTA[J]．微電子學與計算機,2003,12(2):82-84．

[5]邱關源．電路理論[M]．北京:高等教育出版社,2009．

[6]Khanittha Kaewdang,On the realization of electronically current-tunable CMOS OTA[J]．Electronics and Communications,2010,9(2):301-305．

岳春光（1982—），男，漢族，河南鶴壁人，助教，碩士研究生，主要從事有源濾波器設計研發，智能儀表開發。

蔡立（1961—），男，漢族，貴州貴陽人，本科，副教授，主要從事復雜算法研究。