[发明专利]一种跨阻型集成带通滤波器设计方法

摘要

一种跨阻型集成带通滤波器设计方法，包括以下步骤：（1）用信号流图法推导跨阻型无源LC带通滤波器，得到LC滤波器的信号流图；（2）用反相积分器实现信号流图，得到基于反相积分器的全极点跨阻带通滤波器；（3）进一步用全差分积分器替代反相积分器，得到跨阻型全差分有源RC带通滤波电路。使用此方法设计的跨阻滤波器，可直接与输出为电流的传感器或D/A转换器等器件相连，避免了电流‑电压的转换。

主权项

一种跨阻型集成带通滤波器设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：第1、用信号流图法推导跨阻型无源LC带通滤波器，得到该无源LC带通滤波器的信号流图；第1.1、首先根据带通滤波器的技术指标获得全极点跨LC带通滤波器原型，并对电路各元件参数及支路电压和支路电流进行标注；第1.2、接下来，根据KCL、KVL和VCR，写出各支路电压和支路电流变量间的关系式，对电感列写电流方程，对电容列写电压方程，得到关系式如下：$\begin{array}{cc}& I_0=\frac{V_1}{R_S}\\ V_1=I_1\×\frac{1}{{\mathrm{SC}}_1};& I_1=I_{in}-I_0-I_2-V_1\×\frac{1}{{\mathrm{SL}}_1}\\ V_2=V_1-V_3-I_2\×\frac{1}{{\mathrm{SC}}_2};& I_2=V_2\×\frac{1}{{\mathrm{SL}}_2}\\ V_3=I_3\×\frac{1}{{\mathrm{SC}}_3};& I_3=I_2-I_4-V_3\×\frac{1}{{\mathrm{SL}}_3}\\ & I_4=\frac{V_3}{R_L}\end{array}---\left(1\right)$其中，I₁、I₂、I₃、I₄分别表示各支路电流，V₁、V₂、V₃表示各支路节点电压，L₁、L₂、L₃分别为支路电感，C₁、C₂、C₃分别为支路电容，I_in为输入电流，I_o为输出电流，R_L为负载电阻，Rs为电流源并联电阻，变量S为复数，可由时域信号经拉普拉斯变换获得，又称“复频域”；第1.3、将式(1)用信号流图表示，信号流图中，上节点都是电流形式，下节点都是电压形式，为了便于采用反相积分器实现该信号流图，使输入输出信号均为电压，将该信号流图中所有电流变量乘以一个比例电阻R变成电压形式；第2、用反相积分器实现信号流图，得到基于反相积分器的全极点跨阻带通滤波器；第2.1、根据上述第1.3步中的信号流图，得出变换后支路电压和支路电流的关系为$\begin{array}{cc}& V_0=V_1\×\frac{R}{R_S}\\ V_1={V_1}^{\′}\×\frac{1}{{\mathrm{SC}}_{1}R};& {V_1}^{\′}=I_{in}R-V_0-{V_2}^{\′}-V_1\×\frac{R}{{\mathrm{SL}}_1}\\ V_2=V_1-V_3-{V_2}^{\′}\×\frac{1}{{\mathrm{SC}}_{2}R};& {V_2}^{\′}=V_2\×\frac{R}{{\mathrm{SL}}_2}\\ V_3={V_3}^{\′}\×\frac{1}{{\mathrm{SC}}_{3}R};& {V_3}^{\′}={V_2}^{\′}-{V_4}^{\′}-V_3\×\frac{R}{{\mathrm{SL}}_3}\\ & {V_4}^{\′}=V_3\×\frac{R}{R_L}\end{array}---\left(2\right)$其中，V₁'，V₂'，V₃'，V₄'，V_o分别为原信号流图电流元素变换后的电压值，位于信号流图上节点处；第2.2、化简令R＝R_S＝R_L＝1Ω，从而V₀＝V₁，V₄‘＝V₃，则式(2)可进一步简化为$V_1=\[-I_{in}R+V_1+{V_2}^{\′}-V_1\×(-\frac{R}{{\mathrm{SL}}_1})\]\×(-\frac{1}{{\mathrm{SC}}_{1}R})---\left(3\right)$${V_2}^{\′}=\[-V_1+V_3-{V_2}^{\′}\×(-\frac{1}{{\mathrm{SC}}_{2}R})\]\×(-\frac{R}{{\mathrm{SL}}_2})---\left(4\right)$$V_3=\[-{V_2}^{\′}+V_3-V_3\×(-\frac{R}{{\mathrm{SL}}_3})\]\×(-\frac{1}{{\mathrm{SC}}_{3}R})---\left(5\right)$式(3)、(4)、(5)用反相积分器实现；第2.3、将上述第2.2步中的3个公式进行综合，得到基于反相积分器的全极点跨阻带通滤波器；第3、进一步用全差分积分器替代反相积分器，得到跨阻型全差分有源RC带通滤波电路。