基于EOTA的高阶高通滤波器研究

贵州民族大学信息工程学院 岳春光 蔡 立

基于EOTA的高阶高通滤波器研究

贵州民族大学信息工程学院 岳春光 蔡 立

提出了一种基于EOTA的高阶滤波器设计方法。通过调节EOTA的偏置电流改变其跨导gmT，改变用EOTA搭建滤波器的中心频率、通带增益、Q值，减小其非线性误差至0．37%，使滤波电路中元件的灵敏度降低。结果表明用EOTA代替普通OTA的滤波器有效地降低了高通滤波器的上升时间。

EOTA；线性电可调；高阶高通；上升时间

OTA是跨导运算放大器,其主要应用于模拟电路中,实现信号处理、运算,电流模与电压模［1］电路中也经常用到。OTA主要实现电压电流信号转换。普通OTA的跨导虽然可调,但其传输转换特性的线性持续范围窄,跨导受温度影响严重,缺点明显。EOTA［2］是通过外加偏置电流调节的器件,通过合理组合OTA实现跨导增益平方效果,比普通跨导运算放大器有更宽的可调范围。

1 EOTA电路描述

用三个普通OTA(OPA660),通过合理组合搭建线性的,可通过偏置电流调节的EOTA,图1为其具体搭建电路,OTA1实现将输入信号转换为电流信号,电流流过有源负载。其中：

图1 EOTA电路图

gmT代表提出的EOTA的跨导增益,可写成：

其中：

2 EOTA滤波器设计

用OTA(OPA660)搭建KHN［3］电路,将电压模［4］电路转换成电流模［5］电路。由于前文介绍的EOTA的特性,频带宽、线性度好、可调范围大,因此用EOTA代替OTA构建KHN电路。KHN电路使用接地电容两个,EOTA四个,结构简单,便于实现,易于集成。由电路分析知识可知,令u1为输出,可以实现对输入的二阶高通滤波功能,其传递函数为：

通过电路分析,实现式(5)可图2所示的EOTA-C滤波电路,由EOTA模块实现的高通滤波器电压传输函数式为(6)、其中分别为的跨导。

图2 EOTA-C高通滤波器电路

对其他元件的灵敏度,可通过类似的计算方法求得,结论显示,该滤波器降低了对有源［6］元件,无源元件的灵敏度。

图3 OTA滤波器频谱特性

图4 EOTA滤波器频谱特性

3 仿真结果

分别用EOTA,OTA搭建的如图2所示的高通滤波器,电路中除了OTA和EOTA器件不同,其他元器件均相同。其截止频率都是30KHz。用PSPICE对两个高通电路进行仿真,仿真结果如图3、4所示。从图中可以看出,EOTA搭建的高通滤波器在截止频率处具有更小的频带转换范围,有更陡峭的转换特性,更接近理想滤波器。将两幅图中的参数做具体比较,比较结果列于表1。

表1

从表1中的比较得出,用EOTA做的高通滤波器有更好的陡升作用,频带平均比OTA搭建的高通滤波器窄10.87KHz,斜率平均大13.56o。

4 结论

用三个OTA搭建的EOTA,其电路特性虽和普通的OTA相似,但线性调节范围比普通OTA明显增大,实现了线性电可调宽频带的跨导运算放大,将其用进高通滤波器中,克服了OTA模拟滤波器频带转换宽度宽、频带转换陡升效果差等问题,同时降低了电路中元件的灵敏度。并用它构建了高通滤波器电路。PSPICE仿真结果证实了采用EOTA搭建的高通滤波器频带频带转换宽度更窄,具有更好的陡升作用,缩短了上升时间。

[1]孔令荣．低压低功耗电流模CMOS带隙基准电路[J]．微电子学报,2008,38:36-39．

[2]岳春光．基于EOTA的多功能连续域滤波器设计[J]．河南师范大学学报,2012,07:：38-41．

[3]王淑艳．基于相似矩阵的OTA全集成有源滤波器的设计[J]． 天津大学学报,2005,38：55-67．

[4]成坚．一种高频宽线性可调的OTA[J]．微电子学与计算机,2003,12(2):82-84．

[5]邱关源．电路理论[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，汉族，河南鹤壁人，助教，硕士研究生，主要从事有源滤波器设计研发，智能仪表开发。

蔡立（1961—），男，汉族，贵州贵阳人，本科，副教授，主要从事复杂算法研究。