基于OTRA电流模式二阶通用滤波器的设计

李永安

基于电流传输器（CC Ⅱ）通用滤波器的设计技术已基本成熟^[1－3]，而由运算跨阻放大器（OTRA）构成的通用电压模式滤波器已经出现^[4－6]，由OTRA构成的通用电流模式滤波器也受到人们的关注^[7]。然而，由单个OTRA构成的通用滤波器还未见报道。鉴于OTRA能减小寄生电容的影响^[7，8]，且其有限跨阻增益也可通过外界电容补偿^[4]，由OTRA构成的滤波器比CC Ⅱ组成的相应电路性能更为优良。因此，设计单OTRA电流模式滤波器，将是十分有意义的工作。本文以CC Ⅱ通用二阶电流模式滤波器为原形，采用1个OTRA，1个MOS电压跟随器，1个COMS电压反相器，5个无源元件，设计了二阶通用电流模式滤波器，可同时获得高通、带通和低通输出，该电路较少受寄生电容的影响，具有低的无源灵敏度，且结构简单，便于电控调谐。这对高阶滤波器的级联及单片集成技术都具有积极的指导作用。

1 基本电路

1.1 运算跨阻放大器（OTRA）

图1为OTRA的电路符号，其端口特性为^[5]：

显然，OTRA的2个输入端虚地，这就使得电路较少受杂散电容的影响。在理想情况下，可以认为R_m为无穷大，因此，只要对OTRA施加负反馈，必有：

1.2 CC Ⅱ电流模通用二阶滤波器原型

图2为CC Ⅱ电流模式通用二阶滤波器原型电路^[3]，图中有源器件为CC Ⅱ－和MOS电压跟随器VF（文献[3]中电路有误，此处已更正）。容易看出电路的特点是：

以上特点是我们构造OTRA电流模二阶通用滤波器的依据。

2 OTRA电流模滤波器的生成

由图2电路构造出OTRA电流模式滤波器如图3所示。除使用3个电阻、2个电容外，还使用了1个MOS电压跟随器VF，1个CMOS电压反相器^[9]。

与图2电路相同，i_in电流信号先经过R₂，C₁所组成的一阶低通滤波器，节点1电压通过MOS电压跟随器转移到节点2，保证了i₂电流是V₁在R₁形成的。由于OTRA认为是理想的，因此I_-（s）＝I₂（s），从而使 为一理想受控电压源，因原型电路中V₄（s）为负，为此，在节点3与4间加一CMOS电压反相放大器。对图3电路可列写以下方程：

联立上述方程组，可得各电流转移函数为：

式(11)，(12)，(13)所对应的转移函数分别是高通、带通和低通滤波函数，因此电路实现了高通、带通和低通滤波。电路的极点角频率和品质因素分别为：

各增益常数依次为：

ωP和Q的灵敏度为：

3 结语

本文提出了基于单OTRA通用二阶电流模式滤波器，该电路具有以下特点：

（1）同时实现二阶高通、带通和低通滤波。

（2）电路较少受寄生电容的影响，性能稳定。

（3）低的无源灵敏度。

（4）若用MOS电阻代替分立电阻，可实现单片集成。