一種基于第二代電流傳輸器的積分器設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種基于低壓、寬帶、軌對(duì)軌、自偏置CMOS第二代電流傳輸器(CCII)的電流模式積分器電路，能廣泛應(yīng)用于無(wú)線通訊、射頻等高頻模擬電路中。通過采用0．18μm工藝參數(shù)，進(jìn)行Hspice仿真，結(jié)果表明：電流傳輸器電壓跟隨的線性范圍為-1．04～1．15 V，電流跟隨的線性范圍為-9．02～6．66 mA，iX／iZ的-3 dB帶寬為1．6 GHz。輸出信號(hào)的幅度以20dB／decade的斜率下降，相位在低于3 MHz的頻段上保持在90°。
關(guān)鍵詞：第二代電流傳輸器；電流模式積分器；低壓；自偏置；軌對(duì)軌；寬帶

近年來(lái)，電流模式電路在模擬信號(hào)處理中受到了廣泛的關(guān)注，與傳統(tǒng)的電壓模式電路相比，電流模式電路具有速度高、頻帶寬、電源電壓低和功耗小等特點(diǎn)。第二代電流傳輸器(CCII)就是典型的電流模式電路的代表。第二代電流傳輸器作為最基本、最重要的積木塊被廣泛應(yīng)用在通信系統(tǒng)電子電路、有源濾波器、模擬信號(hào)處理、A／D和D／A轉(zhuǎn)換器等許多方面。
RC積分器在集成電路系統(tǒng)中有重要的作用，經(jīng)常運(yùn)用于濾波器、信號(hào)發(fā)生器和各種控制電路中。模擬積分器的電路結(jié)構(gòu)中多用運(yùn)算放大器，由于級(jí)間電容和分布電容的客觀存在，此類電路的工作速度不可能很高，工作電壓及功耗也不可能很低。
電流傳輸器以電流作為輸入、輸出及信息傳輸?shù)闹饕獏?shù)，工作速度很高(SR>2 000 V／μs)，而電源電壓很低(可達(dá)到1．5 V)，具有動(dòng)態(tài)范圍寬、非線性失真小、溫度穩(wěn)定性好、抗干擾和噪聲能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
筆者介紹了一種基于CMOS第二代電流傳輸器(CCII)的電流模式積分器電路，其中的CCII模塊具有自偏置、寬帶、低功耗、電流和電壓的傳輸誤差小等優(yōu)點(diǎn)，該電路的有較大的電流輸入范圍。

1 電路描述
1．1 第二代電流傳輸器模型
CCII是一個(gè)三端口的有源器件，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，它確保了端口的兩大功能性：

1)Y和X端口間的電壓跟隨；
2)X和Z端口間的電流跟隨。
CCII的輸入輸出特性可用下列矩陣方程描述：

在理想情況下，α=1和β=1分別代表電流傳輸器的電流和電壓傳輸增益。
1．2 CMOS CCII電路的設(shè)計(jì)
本文采用的是標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)的低壓、寬帶、軌對(duì)軌、自偏置CCII電路，如圖2所示。

由于輸入電壓由MOS管的柵極輸入，所以該電路具有很高的輸入阻抗。該電路主要包括4個(gè)部分：
1)軌到軌輸入級(jí)：包含兩個(gè)差分對(duì)，其中一個(gè)是以NMOS管(M1和M2)為輸入對(duì)管，其正向共模輸入范圍很大，可以達(dá)到正電源，另一個(gè)是以PMOS管(M3和M4)為輸入對(duì)管，其負(fù)向共模能力很強(qiáng)，可以達(dá)到負(fù)電源。
2)緩沖級(jí)：是通過源隨器M13和M14來(lái)實(shí)現(xiàn)的，作用是為了提高X端的電壓跟隨能力同時(shí)保證在X端有低阻抗。
3)電流鏡：基本電流鏡M11和M12是將M13的電流復(fù)制到M12流入Z端，M15和M18是將M14的電流復(fù)制到Z端。另外，兩個(gè)電流鏡M5、M6和M7、M8分別構(gòu)成差分輸入電路的有源負(fù)載。
4)偏置電路：M17～M20為MOS分壓電阻，通過電流鏡M17和M10給NMOS差對(duì)提供尾電流，電流鏡M20和M9給PMOS差分對(duì)提供尾電流，整個(gè)電路從而不需加額外的偏置源。考慮到集成電路的隔離工藝，本電路中所有PMOS的襯底接VDD，所有NMOS的襯底接VSS。