最新版电流传送器及其应用研究毕业论文.docx
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最新版电流传送器及其应用研究毕业论文
湖南科技大学
潇湘学院毕业设计（论文）
题目
作者
学院
专业
学号
指导教师
二〇〇年月日
湖南科技大学
潇湘学院毕业设计（论文）任务书
潇湘学院院信息与电气工程系（教研室）
系（教研室）主任:
（签名）年月日
1设计（论文）题目及专题：
电流传送器及其应用研究
2学生设计（论文）时间：
自2013年2月20日开始至2013年6月1日止
3设计（论文）所用资源和参考资料：
[1]李亨.电流控制传送器及其研究[D].湖南:
湖南大学.2006.
[3]席燕辉.电流传送器及其滤波器原理与应用[D].湖南:
湖南师范大学.2005.
[4]李海鸥.低电压低功耗CMOS电流传送器及其应用研究[D].湖南:
湖南大学.2008.
4设计（论文）应完成的主要内容：
集成电路的基本介绍以及发展前景
电流传送器的基础理论概括
电流传送器的应用与实现
展望及其它。
5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：
1>毕业设计以论文形式提交
2>一律用WORD排版
3>图纸符合工程制图规范
4>严格按湖南科技大学本科毕业设计（论文）的格式要求
6发题时间：
2013年3月18日
指导教师：
（签名）
学生：
（签名）
湖南科技大学
潇湘学院毕业设计（论文）指导人评语
指导人：
（签名）
年月日
指导人评定成绩：
湖南科技大学
潇湘学院毕业设计（论文）评阅人评语
评阅人：
（签名）
年月日
评阅人评定成绩：
湖南科技大学
潇湘学院毕业设计（论文）答辩记录
日期：
学生：
学号：
班级：
题目：
提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：
1设计（论文）说明书共页
2设计（论文）图纸共页
3指导人、评阅人评语共页
毕业设计（论文）答辩委员会评语：
答辩委员会主任：
（签名）
委员：
（签名）
（签名）
（签名）
（签名）
答辩成绩：
总评成绩：
摘要
本文介绍并分析了电流传送器的基本镜像电流源以及电压跟随器模块电路。
根据现代集成电路的技术，本文将分析有源电阻和电流镜的实现办法，并且对MOS晶体管的工作基本原理进行了全面的描述，然后设计出的对应的电压传送器是利用了MOS晶体管的晶体管亚阈值特性，将依据COMS技术推出一种电流控制传送器。
完成了对电压跟随器的设计是基于混合跨导线性回路，引入了跨导线性原理。
了解了BICOMS技术的基础上，在经过对比和分析的前提下，得出了BICOMS镜像电流源的优点，根据于此，完成了对电流控制传送器的设计。
本文系统总结和提出了以电流控制传送器为积木部件设计运算器件、有源器件、滤波器和振荡器等等的一些方法，所设计出来的电路不仅易于集成，并且具有输出可调的特点。
最后本文详细阐述了高阶电流模式滤波器的系统方法，介绍了等效电路替代法和多环反馈法，列出了设计的具体步骤。
而且提出了多项式线性组合法，运用该方法不但能组装出所要求的高阶电流滤波器，而且能在不改变物理结构的情况下，根据电流控制传送器的特性，调整其偏置电流，成功地实现了滤波器输出特性的改变。
关键词：
电流传送器；电流传送器;模拟集成电路;无源高阶滤波器
ABSTRACT
Thispaperintroducesandanalysesthebasiccurrentmirrorcurrentconveyorandavoltagefollowercircuit.Accordingtothemodernintegratedcircuittechnology,thispaperwillanalyzetherealizationmethodofactiveresistanceandcurrentmirror,andthebasicprincipleofMOStransistorisfullydescribed,thenthecorrespondingvoltagetransmitterdesignistheuseofthesubthresholdcharacteristicsoftransistorMOStransistor,willbebasedontheCOMStechnologyintroducedacurrentcontrolledconveyor.Completedthedesignofvoltagefollowerismixedtranlinearloopbasedontranslinearprinciple,isintroduced.UnderstandingonthebasisofBICOMStechnology,throughthecomparisonandanalysisofthepremise,theadvantagesoftheBICOMSmirrorcurrentsource,accordingtothis,thecompletionofthedesignofcurrentcontrolledconveyors.
Thispapersummarizesandputsforwardsomemethodsofusingcurrentcontrolledconveyorsbuildingblocksofdesigncomputingdevices,activedevices,filterandoscillatorcircuitandsoon,whicharedesignednotonlyeasytointegration,anddetailthesystemmethodofmethodandmultiplefeedback,liststhestepofdesign.Andputforwardthepolynomiallinearcombinationmethod,usingthismethodnotonlycanassemblethenotchangethephysicalstructure,accordingtothecharacteristicsofcurrentcontrolledconveyors,adjustingthebiascurrent,、Z2＞＞C0，起等效电路为：
图4.2模拟等效电路
在图4.2中（4.1）
（4.2）
（4.3）
（4.4）
因此（4.5）
在上面的推导中，我们设定了R0为无穷大。
但是当频率且时，我们不能忽略R0因此该模拟电感的适用频率，下面我们用PSPICE模拟的方法验证其电感特性，设滤波电路如下图所示：
图4.3RLC滤波电路
其中R1=1kΏ，R2=1kΏ，C1=0.541nF，C2=1.3065nF，L1＝1.3065mH，L2=0.541mH
电压输出特性为：
图4.4电压输出曲线
采用AD844模拟接地电感，电路图4.5如下所示：
图4.5模拟接地电感
其中，R1=lkΏ，R2=1kΏ，C1=0.541nF，C2=1.3065nF，
R3=lkΏ，R4=lkΏ，C3=1nF
R5=1.3kQ，R6=0.54ko，C4=1nF
电压输出特性为：
图4.6电压输出曲线
由图4.4与图4.6所示，此模拟电感在特性上接近实际电感。
说明：
此设计虽然可以很接近实际的电感，但是其结构太复杂，在我们实际的应用当中还时不容易实现。
4.1.2浮地电感的实现与模拟
对于浮地电感的模拟，我们可借助基于运算放大器的模拟接地电感电路实现.下面是基于运算放大器的模拟电感电路：
图4.7运放模拟电感电路
其实现阻抗为：
（4.6）
利用增加冗余法，我们得到基于CCII–的电路如下所示：
图4.8CCII-模拟电感电路
其阻抗不变。
我们可以从理论上推导其阻抗公式：
图4.9等效电路
由图4.9可以看出：
（4.7）
（4.8）
（4.9）
（4.10）
由方程（4.8）、（4.10）我们得到（4.11）
（4.12）
由此得（4.13）
（4.14）
因为，所以找到（a为系数）
从方程（4.13）、（4.14）的得到（4.15）
所以
（4.16）
又因，最后得到（4.17）
由前面的模型，可以推导出实际模拟电感L及D元件值。
假设Z1=Z3=Z4=Z5=R
其中R<<或者因此与可视为开路。
对于中频阻抗很小，因此可以视为开路。
由此我们得出：
（4.18）
其中S=当时
（4.19）
又因为<<所以（4.20）
模拟电感如下图示：
图4.10模拟电感
同理，当Z2=Z3=Z4=R且时，
得到模拟D元件下图所示：
图4.11模拟D元件
我们采用PSPICE的方法验证其电感特性。
设一串联谐振回路如下图所示：
图4.12谐振回路
其中R＝1kΏ,，L=1mH，C＝1nF电流输出曲线如下图所示。
图4.13理论电流曲线
采用基于AD844的电感模拟电路代替实际电感。
其电流输出曲线如下所示：
图4.14模拟电流输出曲线
图4.14由图4.13与图4.14所示，此模拟浮地电感在特性上接近实际电感。
说明：
此电路在特性上时可以很接近实际的电感，但是它的电路很复杂，理论推导也很复杂，不适合在实际当中来操作。
4.2常用模拟电感电路的分析
下面介绍几种实际当中常用的模拟电感电路；
第一种：
其结构仿造放大器的结构。
图4.15模拟电感
（4.21）
其导纳分别为，，若，
则可实现R—L阻抗（4.22）
若导纳为，，
则可实现C—D阻抗（4.23）
此电路可用于实现接地电感及接地D元件。
第二种：
如图4.16所示它以第二代正电流传送器（CCII+）为有源器件，用三个正电流传送器设计模拟电感，它模拟电感的优点有：
a、所有的无源元件都接地；b、电感值可独立调节；且不用大电容就可容易实现大电感；c、无须特别的元件匹配条件。
图4.16CCII+模拟电感
各端电压的设置如图4.16所示：
由图可以知道第三个传输器的Z端的电流为Ii，第一个传输器的X端电压为Vi，那么电流IY3=ViY3。
由此流进第一个传输器Z端的电流也是ViY3。
由于电流传输器性质得到：
流进第三个传输器Z端的电流为Ii，那么流进第三个传输器X端的电流为Ii，则,所以，.
那么流进第二个传输器Z端的电流为V1Y1，所以流进X端的电流也是V1Y1。
所以，代入得：
（4.24）
经过移项处理：
故此得到该电路得输入阻抗：
（4.25）
如果选择，，，，则
（4.26）
另外，当取不同的值，可以获得电感，负电感和电阻的串并联组合。
说明：
该设计能满足我们的实际要求，并且满足接地的要求，只用了电阻和电容就实现了，但是我门可以看到的是这个电路太复杂了，不够简单，功耗大，经济不合算，制作要难一些，尺寸大，只是在理论上可行，但在实际的制作当中是不值得推广的。
第三种：
由于第二中方法复杂了，改进后得到图4.17所示电路，它用两个正电流传输器实现模拟电感，它模拟电感的优点：
a、无源元件都接地：
b、电感值可独立调节；c、无须特别的元件匹配条件、d、这个比图4.16的电路更加简单，而且实现的功能是一样的。
图4.17CCII+和CCII-模拟电感
对该电路进行分析其特性：
首先设输入电压是Vin，电流为Iin，那么CCII＋的X端电流也为Iin，电压为－IinR21，由电流传输器的性质得到CCII+的Y端电压为－IinR21，由电路图得到CCII–的Z端的电压为－IinR21，则CCII–的Z端的电流：
（4.27）
由CCII–的X端的电流是：
IX=（4.28）
根据传输器的特性得到：
（4.29）于是IinR21CS=（4.30）
由此可推导出：
（4.31）于是得到了L=R12R21C（4.32）
可见该电路可实现接地电感，并且没有附加电阻。
其实现的电感如图所示：
图4.18等效电感
经测量L=CR12R21
说明：
这个电路比较简单，功耗低，体积小，容易调节，制作较容易，推导很容易看懂，便于在实际当中操作调节，满足我们的设计要求，即要求可实现接地电感。
第五章基于电流传送器滤波器的设计
5.1滤波器的基础知识
滤波器，也被称为选频网络，它是一个特定的频率或频率以外的频率的频率滤波电路，它的功能是有效地获得一个特定的频率或删除一个特定的频率。
在现代化的通讯设备，电子测量仪器，以使其更好地在各种嘈杂的环境中使用，几乎所有的电路必须过滤，以提高性能。
电流模式滤波器的一般结构，如图5.1所示。
数字表示该数字的输入电流信号，表示输出电流信号。
图5.1滤波器原理方框图
5.2高阶滤波器的实现方法
高阶滤波器被称为阶次大于或等于4个过滤器的顺序。
其实施有五种方法。
1.直接合成方法：
它使用一个或多个有源元件和无奈的RC网络，包括一些特定的结构来实现高阶滤波器。
2.级联的实现方法：
它使用两个或更多的活性级联来实现高阶滤波器的双二次部分。
由于级联滤波器容易设计和调整，这种方法被广泛地用在工业上。
3.电感模拟：
它使用一个容性负载的回转器作为电感器，例如经典的无源梯形滤波器的有源RC网络仿真可以直接转换成有源滤波器实现，这个转换的有源滤波器保留了许多被动实施的优点。
4.广义导抗法：
它和电感器的模拟方法是非常类似的经典的RLC全面的耦合频率相关的阻抗变换。
不影响此转换的阻抗的传递函数乘以每个比例因子，引入了一个新的缩放因子的有源元件，即依赖于频率的阻抗装置。
这是很容易使用主动网络，广义导抗的主要优点是，它采用运算放大器的数量比相应所需的电感模拟少数的运算放大器。
5.多回路的反馈法：
它连接到一个给定的多回路的反馈来实现高阶的滤波器拓扑结构，由一阶或二阶滤波器部分。
这种方法可以保持级联的方法有本质的积木，实现滤波器可以实现由电感模拟方法和广义导抗多个过滤器的方法来实现具备的一些特征。
5.3CCII滤波器设计方法
滤波器的设计方法是实现滤波器的一个重要手段。
目前，归纳起来有两大类：
一是滤波器的传递函数设计方法直接为对象，有代表性的是级联设计和多回路反馈方法：
二是无源LC梯形网络为对象所代表的间接模拟设计，滤波器的设计方法信号仿真方法。
由于目前发射机滤波器设计中的功能与灵活，多功能，高性能，速度等方面的优势，CCII滤波器设计成为一个热门的话题，在这两个基础上的设计方法，提出了一些CCII滤波器的设计。
描述如下：
（1）等效实现
由于SAB电路设计已经发展得比较成熟，所以人们会想到通过等效变换CCII滤波电路。
实验证明了通过滤波电路性能CCII的确大大优于原型电路性能得到等价变换。
转化是可以得到潘氏变换电压运算放大器和CCII零等价关系。
另一种变换变换的共轭网络，
图5.2电子元件和相应的共扼元件
等效转换通过一个电压模式电路的电流模式电路变换过程中，传递函数和灵敏度不改变，就可以完成这种设计方法与原型电路密切相关的。
（2）系统设计
电容滤波设计的核心单元和电压转换单元，在图5.3a）与b）中总结，那么这两个设计步骤可以设计任何滤波器的阶数。
本系统的设计方法，为电压模式的方法。
a）电容滤波单元b）电压变换单元
图5.3电容滤波单元和电压变换单元电路图
（3）电流模式梯形滤波器
将无源RLC梯形电路原型电流作为变量，可以得到无源电路电流模式信号流图，然后由电路传送器组成多路输出电流电流模式一阶积木，如理想微分器，一阶低通，一阶高通，减法等，代入信号流图中，你可以得到电流传送器梯形滤波器。
几个阶滤波器将需要几个多输出电流输送。
（4）输入电压加权法
提出了CCII电压是可变的连续时间滤波器的设计方法，该方法是加权输入电压信号Vin的核心。
引进的静态网络，你会得到各种不同的过滤器结构，设计步骤是：
先用建立静态的网络，这就决定了CCII滤波器极点，那么静态的基本构建块（放大器，无损积分器，加法器）网络注射加权输入信号Vin，零合成滤波器CCII。
在此基础上，进一步选择的参数和组件，来完成滤波器的设计CC11。
这种方法仍然在设计的网络，没有的设计原则，所以技能是非常强的，是电压模式设计。
（5）指数状态空间滤波器
有源增益积木部件是线性的，则该过滤器并不需要，所得到的总传递函数是线性的，它克服的有源器件的频率限制，因为所有的有源器件是非线性的，从而获得较高的频率，如速度和的准确度。
由于过滤器的状态空间的映射是指数形式，所以这种类型的过滤器被称为指数状态空间过滤器（ESS）。
这种设计的理论强，将得到的过滤器的性能。
（6）信号流图法
此方法通常用于线性系统的分析方法的图解法（SFG）设计CCII电流模式滤波器，第一个假设的传输功能，然后按照顺序绘制的信号流图，这种方法是简单，直观和易于了解和掌握的意义和电路参数一目了然，一旦你有SFG的传递函数，可以方便设计所需的各种过滤器。
5.4设计滤波器需考虑的因数
（1）频率限制
在副音频的频率范围内，LC滤波器的设计需要一个大电容和一个大的电感，以及与他们的辅助传动部分，大体积。
此时，有源滤波器是非常有用的，因为有源滤波器可以被设计为高阻抗，从而在一个较小的电容值。
在50kHz或以上，大部分集成运算放大器的开环增益不够，不能满足一般需要的有源滤波器。
然而，增加放大器的带宽的成本，可以延长，使得有源操作的滤波器的频率为500千赫。
另一方面，可以使用LC滤波器到几百兆赫的频率范围内。
在这个频率范围内，过滤器制成浓缩形式的参数不能被应用，并且通过分布参数的形式。
（2）大小的考虑
由于没有电感，有源滤波器和LC滤波器的比较相同的性能，尺寸一般较小。
利用微电子技术，它能够进一步减小尺寸。
使用沉积和单片集成运算放大器的RC网络或混合过程中，有源滤波器可以是非常小的。
（3）经济和易于生产制造
使用电感，LC滤波器的有源滤波器的成本通常高于高品质的要求高品质的空心线圈，有时也需要高品质的卷绕方法，这些因素导致的LC滤波器的成本增加。
有源滤波器具有显着的优点，它采用了流行的标准设备易于安装的有源滤波器。
的LC滤波器和安装需要的螺旋线圈技术。
（4）调整困难
在苛刻的LC滤波器，例如，谐振电路调谐的要求传送到指定的点。
除非容量小于几百皮法，或无法做到的变量。
由于大多数可调的线圈芯，便于调整电感。
许多有源滤波电路是不容易调整的，它们包括的RC的一些部分，每个有两个或两个以上的可变电阻器，微调。
目标的设计方法，通过这样的电路是可以避免的。
（5）功耗
确定过滤器的功率消耗不仅是能源消耗的一个主要因素，但重要因素也影响着过滤器的布局。
因为布局的温度分布，必须考虑，如果温度可能会导致芯片的局部温度分布不均的过高，使芯片烧毁，严重的将芯片完全失去了它的功能。
因此，滤波器的设计过程中，尽可能地降低功耗和布局的布局的温度分布。
常用的是使用尽可能低的电源电压。
（6）抗干扰能力
过滤器的主要功能是使有用信号和放大后通过，留下有效地抑制不需要的信号和衰减。
如果滤波处理过滤器本身被破坏，那么过滤器将失去存在的意义，因此，在滤波器的设计过程中，尽可能地提高自身的免疫力，以避免污染的过滤器本身的噪声和信号干扰之外。
一般的过滤器和外容器的结构，该设备的材料，以实现重要的考虑因素。
5.4电流模式梯形滤波器的设计
5.4.1n阶梯形滤波器的设计
我们根据经典的模拟滤波器的设计，得到n阶高通归一化Butterworth滤波器传输函数为
（5.1）
把分母进行分解，然后查表得到n阶梯形滤波器的电路图如图5.3所示：
图5.4n阶梯形滤波器电路
第一种模拟电感的办法：
我们从前面一章的分析结果来看，我们用常用电感的第二种模拟电感来代替图5.4中的电感。
得到图5.5双端接的电流模式n阶高通有源滤波电路：
图5.5CCII+模拟电感的n阶梯形滤波电路
第二种模拟电感的办法
现用常用电感的第三种模拟电感来代替5.5图中的电感，得到图5.6双端接地的电流模式n阶高通有源滤波电路。
图5.6CCII+和CCII―模拟电感的n阶梯形滤波电路
5.4.2举例说明——CCII五阶梯形滤波器
我们首先选择好自己的设计参数，即设计的技术指标，然后查询模拟滤波器的数据表，在本文当中我选择五阶Butterworth滤波器作为设计对象，那么其归一化的传输函数为：
（5.2）
把上式分解得到得到如下电路图5.7：
图5.7梯形滤波器
在这里将具体用他们分别来代替上图中的电感，然后用软件来仿真其效果，看是否达到设计的要求。
第一种方案：
我们用常用电感的第二种模拟电感来代替图5.7中的电感。
得到图5.8双端接的电流模式五阶高通有源滤波电路。
设计的梯形滤波器的截止频率为10kHz,接地电阻为800Ω。
图5.8基于CCII+仿真电感的电流模式五阶高通滤波电路
从前面的分析，设图5.8的参数为：
Ω
把上面的参数确当后，我们对图5.8进行仿真分析，首先写出程序。
把程序放在PSPICE中运行得到仿真结果图，如下所示：
图5.9CCII+仿真结果
说明：
从上面的仿真图来看，基本上满足了我们的设计要求。
但是就电路过于的复杂，不够简洁，在实际的使用当中是不值得的，提高了成本。
增加体积和功耗。
第二种方案：
鉴于前章的分析，用常用电感中的第三种来代替图5.8中的电感L1和L2，得到CCII+，CCII-和无源R，C元件实现的电流模式五阶高通归一化有源滤波电路，如图5.11所示。
设计的梯形滤波器的截止频率为10kHz,接地电阻为500Ω。
图5.6中,
Ω
图5.10 基于CCII仿真电感的电流模式五阶高通滤波电路
用PSPICE软件仿真得到仿真结果图：
图5.11仿真结果
通过上面的仿真图可以看出，所设计的电路是可行的，也是达到了我们设计的要求。
因此我们可以说，这个设计是成功的。
两种方案的比较：
我们从上面的仿真图可以看出，两个都基本达到了我们的设计要求，但是第二中方案比第一种方案在电路上要简单，因为少用了电流传输器，制作上就要容易一些，功耗低。
成本低一些，在设计应用当中是很重要的，因此第二种方案是我的最终选择的设计方案。
当然这个设计也是有一些不足的地方。
比如说，是否可以改进电感模拟电路，用一个电流传输器来实现模拟电感，我在设计当中，由于时间知识有限，设计用一个电流传输器设计的电感不是接地的，也不是从一个端口看进去的，故不能使用；还有就是可以改变原始滤波器的设计方案，再使用模拟电感来代替。
得到性能更好的电路。
5.5本章小结
本章简要介绍了电流传送器理想的模型和电流传送器的实现方法，目前电流传送器的理想模型第一代以及第二代电流传输电路单元从理想模型开始。
混合跨导环传送器机的工
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