四端浮地零器实现及应用

ＡＰ ＡＳ Ｔｉ ｊｎＣｈｎ，０ ０２ ３ ２４ ＣＣ ． ａ ｉ， ｉａ ０ ，１ — １ ｎ ２
【 】 ｅ ， ｎ Ｍｉｉ ｕ ｒａｓ ｉｎ １ Ｌ ｅＣ Ｔ ＷａｇＨ Ｙ． ｎｍ ｍ ｌ ａｏ ０ ｅｉｔ
（） ８
ｆ ｒＦ Ｎ －ｂ ｓｄ Ｓ ＣＯ ．Ｈ ｅ ｔｏ ｃ ｅ ｒ， ０ １ ７ ｏ ＴＦ ａｅ Ｒ ｃ ｎ ｓＬ ￣ｅ ２ ０ ，３ ｒ ｉ ｓ
ｎ ｌ ｒｂ ｓｄ ａ —ｐ ｓ ｃｒｕ ｔ Ｅｌｃ ｏ ｃ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ， ｕ ｏ ａｅ ｌ ａｓ ｉ ｉ ｌ ｃ ． ｅ ｔ ｎ ｇｎ ｅｉ ｇ ｒ ｉ
１９ ， ｅ ， ７ ９ ６ Ｆ ｂ ３
运放和 电流传送器更灵 活 、 通用的积木块 ， 更 必将有
美好 的应 用前景 。
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集成橐 摩 … … … … … …・ 用……………・
Ａｐ ｉ ｐＩ
２ 用 ＦＦ － Ｎ实现 Ｒ Ｆ Ｃ正弦振 荡器
ｒ Ｃ正 弦振 荡器 的文献 近 年来 已 有一些 报道 。 ９ ９年 ，ｂｅ ａｉ １９ Ａ ｕｌ ａ ｔ 等人 提 出了一个 ｍ ／ｔ 用 四端 浮地零 器实现 的 电流模式 Ｒ Ｃ振 荡 电路 通用 结构 ， 三种情形 。 共分 一是 由单 Ｆ Ｆ Ｔ Ｎ和 ６个无源元 件组 成振荡 电路 ， 含浮地 电容 ， 条件 能独立 于振 振荡 荡频 率进行调节 ，然而振荡频率 的调 节会影响振荡
要 附 加一 个 电压跟 随器 ， 献 ［ 要 Ｙ和 Ｚ相 连 ， 文 ９ １ 需 Ｆ Ｆ 成 了一 个 三 端 浮 地 零 器 ，实 际 上 是 一 个 ＴＮ Ｃ Ｉ 。２０ 年 ，ｅ 和 Ｗａｇ 出了一个 基于 兀Ｆ ＣＩ ０ １ Ｌｅ ＋ ｎ提 Ｎ 电阻控 制最少 无源元件实 现 的正 弦振荡 电路 ［ ， １ 如 Ｏ ｌ
Ｃｃｋｇ 提 出了且三 Ｆ Ｆ ｉ ｏｌ ｅ ｕ Ｔ Ｎ和最少 无源 元件 （ 电 ｒ 二
阻 、 电容 ） 二 实现 了电流模 式 二 阶低通 、 高通 、 通 带 滤 波器 ， 具有零 输入 阻抗 和高输 出阻抗 特点 ， 电路 所 有无源灵 敏度 和有 源灵 敏度 均不 大于二 分之 一 ， 即具有低 灵敏度特点 。
１ 引 言
在 电流型 电路设 计 中 ，采 用有源 器件 的零器
模 型是 十分方便 的 ，然 而用传 统 的运 算放 大器 （ Ａ） 电流传 送 器 （ ＣＩ 实 现零 器 模 型受 到一 Ｏ 和 Ｃ Ｉ）
些 限制 ， 者要求非 口器 一端必须接地 ， 者要求零 前 后 口器 一端与须 与非 口器一端相 联 。为 了克 服这些缺
此类 Ｆ Ｆ Ｔ Ｎ的性能 必然受 到运 放有 限增益带 宽
图３ Ｆ Ｆ Ｔ Ｎ的 Ｃ ＯＳ实现 电路 Ｍ
欢 迎投 稿
Ｅ ｍ ｉ ａ ＠ａ ｉｎ ｆ ． ｍ． — ａＩ ｉ ｓ ｉ ｏｃ ｃ ：ｃ ａ ｎ ｏ ｎ…
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２ ０ 年 ４月 ０５
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图 ４ 基 于单 Ｆ Ｎ＋的正 弦振 荡电 路 ＴＦ
Ｉｎ ｉ
（） ２
Ｚ ２
电路的特征 方程是
Ｙ Ｉ ＋ ！ ＋２ ３４ 一 Ｉ ＹＹ Ｙ ＝０
令 ＝ ＇， ： Ｓ２ ＝ ｙ ＝ ， ＝ ， 振 １ Ｉ ＝ （ｙ ｌ １ ｙ 则 ＲＹ １ Ｒ， 荡 条件和振荡 角频 率分别为
１９ 年 ， ｉ ｓｉｕａ提 出 了基 于单 Ｆ Ｆ ９ １ Ｈｇ ｈ ｒ ａ ｍ Ｔ Ｎ的 电 ｒ
流模式一阶全通滤波器『， ｌ 电容接地 ， 】 １ 适合于集成实
现。 １９ ，ｈｈ和 Ｔｎ ｒ 用单 Ｆ Ｆ 单 电容 、 ９６年 Ｓａ ａｔ ｙ ａ Ｔ Ｎ、 ｒ 四 电 阻实现 了电压模 式 一 阶全通 滤 波器 【， 益和 相 ｌ增 ２ １ 位能通 过两个 接地 电阻 实现独 立调 节 。用单 Ｆ Ｆ ＴＮ ｒ 实现 的电流模式 二 阶滤波器见 报道¨ ， ３ 文献【中的 ＿ ４ １ 电路 具 有较 少 的无 源元 件 和 高 阻抗 输 出 的特 点 。
点 ，ｅａｉ Ｓｎｎ等人提 了一个新 的电路模型 ： 四端浮地零
器 （０卜ｔ ｍｎ ｌ ｏｔ ｇｎ ｌ ｒ简 称 Ｆ Ｆ Ｉ 将 ｆ ｅ ｉａ ｆ ａ ｎ ｕ ｏ ｕ ｒ ｉ ｌ ｌ Ｔ Ｎ）ｌ ｒ ｌ ，
（） ａ
（） ｂ
图２ＦＦ Ｔ Ｎ零器 模型 及其 实现
ＦＦ ｒＮ应 用于有 源 网络 综合 ， 易用 Ｆ Ｆ 很容 ｒＮ实现零
误 差小 于 ００ ％。 ． ５
Ｘ 、 Ｚ
Ｙ ■
ｌ ｙ
图 １ Ｆ Ｆ 符号 ＴＮ
１ －
它 的零 器模 型如 图 ２ ａ 所示 。用 运放 和交叉 （） 耦 合 的 电流镜 实 现 的 Ｆ Ｆ ｆ Ｎ如 图 ２ ｂ） ｒ （ 所示 ， 端 ｚ 为高阻抗输 出端 、 端 为低 阻抗输 出端 。 ｗ
Ｓ Ｓ Ｓ Ｃ１ ２ Ｃ１ Ｃ２ （ Ｒ ７
（０： ２ ７ ２ ８ ２ ） １ ０ —１ ０
【 】 ｇｓｉ ｒ Ｍ．Ｃ ｒ ｎ— ｏ ｅ ｌ ａ ｌ ｒ １ Ｈｉ ｈ １ ａ ｍｕａ ｕ ｅ ｔ ｍ ｄ ｐｓ ｆ ｅ ａ ｓ ｔ ｉ
５ 结 束语
ｕ ｉｇ Ｆ Ｎ ｗｉｈ ｒ ｕ ｄ ｄ ａ ａ ｉ ｒ ｓｎ ＴＦ ｔ ｇ ｏ ｎ ｅ ｃ ｐ ｃｔ ． ｏ
＋Ｚ ＋２ Ｉ． ２ ＺＺ
（） ６
［ Ｂ ａ ａ Ｄ Ｒ． Ｓ ｇ ｅ ｓ ｎｅｃ ｎｒｌｄ ８ ｈｓ ｒ ｉ ｅｒ ｉ ｃ ｏ ｔ ｅ ］ ｋ ｎ ｌ ｓｔ ａ ｏ ｓ ｕｏｄ ｓ ｌｔｒｕｉｇ ｓ ｇ Ｔ Ｎ． Ｅｅｔ ｎｃ ｉ ｓｉ ｏｃ ａ ｓ ｉｌ Ｆ Ｆ ｌ ｒ ｉ ｎ ｌ ａ ｉ ｏ ｎ ｎｅ ｃｏ ｓ
积 等 因素 的影 响 ， 另一 方 面 ， 因为 Ｃ Ｓ电路具 有 ＭＯ
器， 而无需附加任何条件ｆ ２ 】 。四端浮地零器 （ Ｔ Ｎ） ＦＦ
符号如 图 １ 所示 ， 口特性 是 端
低功耗和高集成密度等优点 ，所以现代混合模拟 ， 数字集成电路设计者特别青睐 Ｃ Ｓ电路。近年 ＭＯ 来， Ｃ ｍ和 Ｈ・ｕ ｔａ Ｕ・ａ Ｋ ｎｍ ｎ等已经用 Ｃ Ｓ实现了二 ＭＯ
Ｅ ｅ ｔｏ ｉｓ ｌｃ ｎ ｃ ｒ
Ｌ ￣ ｒ １９ ， ７１）１８ －１８ ｅ ｅ ， ９ １ ２ （３： １２ １３ ｓ
综 上所述 ， 四端 浮地零 器在 振荡 器 、 波器 ， 滤 阻
抗仿 真方 面获得 了较广 泛 的应用 ， 已被 证 明是 比 它
【 】 ｈｈＮ， Ｔ ｎ ｒ Ｎ． Ｆ ｕ ｒ ｎ ｏｔ ｇ １ Ｓ ａ ２ ａｔ ｙ ａ ｏ ｒｅ ｔ ｍｉａｆ ａｎ ｌｌ ｉ
ｉ Ｚ ＝ ｌ ２ Ｒ ，３ ／ ３则 Ｒ Ｌ串联 阻抗 １ｔ ｒ １ ９ ， ５３： ９ ） ｌ Ｒ ， ＝ ２ ＝Ｉ Ｃ ， — 若 Ｚ Ｚ Ｓ ｅｔ ｓ ９ ９ ３ （） １ ０ ｅ， 函数为
Ｚ． ＂＝Ｒ ｌ Ｒ ： Ｓ ｌ ２ ＋ ＋２ Ｒ Ｒ Ｃ３
［ Ｗａｇ Ｒ Ｗ ．ｎ ｅ ｒ ｉ ｎ ｅ ｃ ｎ ｏ ｅ ９ ］ ｎ Ｓ ｇ — ｅ ｓ ｃ— ｏ ｔ ｌｄ ｉｌ ｓｔ ａ ｒ
图 ４所示 。
压模式 二 阶低通 、 高通 、 通滤 波 器 ， 带 １电路 具有 高 输入阻抗 和低灵 敏度优点 。１９ ，ｂ ｅ ａ ｔ 等 ９９年 Ａ ｕｌ ／ｔ ｍ ａｉ 人 用三 Ｆ Ｆ Ｔ Ｎ、三 电 阻和二 电容 实现 了二输 入二输 ｒ 出电流模式 二 阶滤 波器『， 改变 电路 结构 ， 获 】 无需 ６ １ 可 得 低通 、 高通 、 通 、 通 、 五种滤波功 能的高阻 带 全 陷波 抗 输 出电流 。每种滤波器 的角频率 和 品质 因素能实 现 独立调节 ，且具有低 无源灵 敏度 特性 。２０ 年 ， ０１
种 高性 能 的 Ｆ Ｆ 电路 。一 种较 简 单 的 Ｆ Ｆ ＴＮ ＴＮ ＣＯ Ｍ Ｓ实 现 电路 如 图 ３所 示 。Ｖ ＋ Ｖ，ｓ＝ ５ ５ Ｖｓ一Ｖ，
●
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１Ｉ
ｌ ｚ
Ｖ。 越 Ｖ３Ｉ Ｖ）２５ Ｖ ＝ Ｖ，图 中所有 场效 应 ｂ Ｖ ＝ ｈ Ｖ， １ ． ＝ ＝ ４ Ｖ， ３ ＝ 管采用 ３ ｍ工 艺指标 ，经 Ｐｐｃ 仿 真实验得 开环 Ｓｉ ｅ 电压增 益 一３Ｂ截止 频率 约为 １ ＭＨ ， ｄ ． ｚ单位增 益带 ２ 宽约为 ２ ０ ｚ ５ ＭＨ 。电流跟 随误 差小 于 ｌ 电压跟 随 ％，
２５ Ｃ ：Ｃ２ ／ Ｒ３ ＲＩ （ ：１ ０ ／ 。 （） ３ （） ４
选择 Ｒ 调整振荡 条件 ， ， 选择 Ｒ 改 变振荡频 率 ， 可使 两者互不相 干。振荡器 的无 源灵 敏度 为
： ＝ ＝ ＝ － 所 以其 振荡 器具有低 的无 源灵敏度 。
＝
（ ５ ）
图 ５ 基 于 ＦＦＮ＋阻抗仿 真 电路 Ｆ
２年月…………………………．． ０４ ０ ５ ．锄 …………．欢投 Ｅａｉｓｉｏｎ 一 ．迎稿－ｉ＠ｉｆｌ ｍ． ａ ｎ ｍ ｌ ａｏ ． ａ ｎ．ｃ ｃ ｃ
输人 阻抗 为 ：
＝
１９ ，３１） ５ ６ ９７３ （４：１ －１８ １８ １
【 】 ｇｓｉ ｒ Ｍ， Ｃ ｒ ｎ— ｏ ｅｌ ｐｓ １ Ｈｉ ｈ ３ ａ ｍｕａ ｕ ｅｔ ｍ ｄ ｏ ａ ， ｗ ｓ
ｂ ｎ ｐ ｓ ａ ｄ ｈ ｇ ｐ ｆ ｔｒ ｕ ｉ ｇ ａ Ｆ Ｎ ． ａ ｄ ａｓ ｎ ｉｈ ￣ｓ ｉ ｅ ｌｓ ｓ ｎ ｎ ＴＦ
基金项 目： 南省教 育厅项 目（ ４ ３ ６） 湖 ０Ｃ ４
４ 用 ＦＦ Ｔ Ｎ实现 阻抗仿真
阻抗仿真在 电路设计 中十分有用 。１９ ９ ８年 ， Ｗａｇ和 Ｌｅ ｎ ｅ 用一 个 兀Ｆ Ｎ和三 个 无 源元 件 构成 了