基于EOTA的高階高通濾波器研究

貴州民族大學(xué)信息工程學(xué)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(xué)信息工程學(xué)院 岳春光 蔡 立

提出了一種基于EOTA的高階濾波器設(shè)計(jì)方法。通過調(diào)節(jié)EOTA的偏置電流改變其跨導(dǎo)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(jié)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(shí)間。

EOTA；線性電可調(diào)；高階高通；上升時(shí)間

OTA是跨導(dǎo)運(yùn)算放大器,其主要應(yīng)用于模擬電路中,實(shí)現(xiàn)信號處理、運(yùn)算,電流模與電壓模［1］電路中也經(jīng)常用到。OTA主要實(shí)現(xiàn)電壓電流信號轉(zhuǎn)換。普通OTA的跨導(dǎo)雖然可調(diào),但其傳輸轉(zhuǎn)換特性的線性持續(xù)范圍窄,跨導(dǎo)受溫度影響嚴(yán)重,缺點(diǎn)明顯。EOTA［2］是通過外加偏置電流調(diào)節(jié)的器件,通過合理組合OTA實(shí)現(xiàn)跨導(dǎo)增益平方效果,比普通跨導(dǎo)運(yùn)算放大器有更寬的可調(diào)范圍。

1 EOTA電路描述

用三個(gè)普通OTA(OPA660),通過合理組合搭建線性的,可通過偏置電流調(diào)節(jié)的EOTA,圖1為其具體搭建電路,OTA1實(shí)現(xiàn)將輸入信號轉(zhuǎn)換為電流信號,電流流過有源負(fù)載。其中：

圖1 EOTA電路圖

gmT代表提出的EOTA的跨導(dǎo)增益,可寫成：

其中：

2 EOTA濾波器設(shè)計(jì)

用OTA(OPA660)搭建KHN［3］電路,將電壓模［4］電路轉(zhuǎn)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(diào)范圍大,因此用EOTA代替OTA構(gòu)建KHN電路。KHN電路使用接地電容兩個(gè),EOTA四個(gè),結(jié)構(gòu)簡單,便于實(shí)現(xiàn),易于集成。由電路分析知識可知,令u1為輸出,可以實(shí)現(xiàn)對輸入的二階高通濾波功能,其傳遞函數(shù)為：

通過電路分析,實(shí)現(xiàn)式(5)可圖2所示的EOTA-C濾波電路,由EOTA模塊實(shí)現(xiàn)的高通濾波器電壓傳輸函數(shù)式為(6)、其中分別為的跨導(dǎo)。

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(jì)算方法求得,結(jié)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(jié)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(gè)高通電路進(jìn)行仿真,仿真結(jié)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(zhuǎn)換范圍,有更陡峭的轉(zhuǎn)換特性,更接近理想濾波器。將兩幅圖中的參數(shù)做具體比較,比較結(jié)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(jié)論

用三個(gè)OTA搭建的EOTA,其電路特性雖和普通的OTA相似,但線性調(diào)節(jié)范圍比普通OTA明顯增大,實(shí)現(xiàn)了線性電可調(diào)寬頻帶的跨導(dǎo)運(yùn)算放大,將其用進(jìn)高通濾波器中,克服了OTA模擬濾波器頻帶轉(zhuǎn)換寬度寬、頻帶轉(zhuǎn)換陡升效果差等問題,同時(shí)降低了電路中元件的靈敏度。并用它構(gòu)建了高通濾波器電路。PSPICE仿真結(jié)果證實(shí)了采用EOTA搭建的高通濾波器頻帶頻帶轉(zhuǎn)換寬度更窄,具有更好的陡升作用,縮短了上升時(shí)間。

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[5]邱關(guān)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(shè)計(jì)研發(fā)，智能儀表開發(fā)。

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