OTA-C二阶有源滤波器设计

３.1 Ｍulｔisim元件库中OＴA模块的创建

３.1.1 Multiｓｉm简介

Multisｉm １0是加拿大Inteｒactiｖe Imａge Technｏlｏgies公司推出的Muｌtｉsiｍ版本，是该公司电子线路仿真软件ＥWB（Elｅctronｉcs Woｒｋbench，虚拟电子工作台)的升级版。

Multiｓiｍ1０用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现“软件即元器件”和“软件即仪器”。Mｕlｔiｓim 10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

Ｍｕltiｓiｍ１0的虚拟测试仪器仪表种类齐全,有一般实验用的通用仪器,如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪。

Mulｔisim 10具有较为详细的电路分析功能,可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅立叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法,以帮助设计人员分析电路的性能。

Mulｔisim 1０可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路、及部分微机接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障,如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时,软件还可以存储测试点的所有数据,列出被仿真电路的所有元器件清单,以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。

利用Multisim10可以实现计算机仿真设计与虚拟试验,与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点:设计与实验可以同步进行，可以边设计边试验,修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全,可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便的对电路参数进行测试和分析;可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图;实验中不消耗实际的元器件，实验所

需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低,实验速度快,效率高;设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用[28]。

本设计结合Ｍul ｔｉsi ｍ 10对二阶有源滤波器进行了电路的设计和仿真，加深了对电子电路设计的理解，方便了应用。 3．1.2 O ＴA 模块的创建

Ｍu ｌtisi ｍ为设计、仿真和布局完整的印刷电路板提供了一个集成的平台。高度灵活的数据库管理程序,使得为自定义原理图符号添加新的Spic ｅ仿真模型变得十分方便，该原理图符号可用于将精确的封装转换为布局。在Multis ｉm 中将上述改进型大线性范围的宽带CM ＯＳ O ＴA 电路创建为自定义元器件，命名为OTA_２，如图3．1所示。

OT Ａ_2 OTA_2

VC2

VIP VIN Io VDD1VSS1

图3．１ Ｍult ｉsim 中创建的OTA 模块

Fig ．3.1 ＯＴＡ ｍod ｕｌe e ｓtabl ｉshing ｉｎ Mul ｔisi ｍ

3.2 OTA-C 双二次节电压转移函数

滤波器的传输函数可以写成下面的有理多项式形式：

1110

111)(a s a s a s b s b s b s S H n n n

n n n ++⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅++=----

(3.1）

其中,s 是复频率变量，ｎ是滤波器的阶数。

上式中多项式的系数0a ,1a ，…和0b ，1b ，…决定了滤波器的类型，如低通、高通、带通、带阻等，也决定了同类滤波器(如低通）的幅频与相频特性曲线的形状。

传输函数的分子、分母都是ｓ的二次多项式的滤波器叫双二次滤波器。传输

函数可以写成下面的形式:

12

122)(a s a s b s b s b S H ++++=

(3．２)

低通、高通、带通、带阻滤波器的传输函数只是上式的特例[14,29-３3］。 二阶低通滤波器传输函数的标准形式为：

2

02

2

0)/()(ωωω++±=

s Q s H S H

(3.３）

二阶高通滤波器传输函数的标准形式为:

2

02

2

0)/()(ωω++±=

s Q s s H S H

(３.４)

二阶带通滤波器传输函数的标准形式为:

2

02

0)/()/()(ωωω++±=

s Q s s Q H S H

（3.５)

二阶带阻滤波器传输函数的标准形式为：

2

02

2

20

)/()(ωωω+++±=s Q s s H S H n

(3.6)

二阶全通滤波器传输函数的标准形式为:

2

02

20

20

)/()/()(ωωωω+++-±=s Q s s Q s H S H

(3.7)

双二次OTA-C 滤波器的结构之一如图3.２所示。它由三个通路(分别加输入信号V Ａ、VB 、ＶC)和两个环路组成。

图３.2 双二次OTA －C 滤波器结构

F ｉg.3.2 Tw ｏ ｒepeated OTA －C filter ｓｔr ｕｃture

利用Mason 法则，可以写出

212221222

2122

2211)(K K s K s V K K sV K V s s

K K s K V V s K V s K K s V A B C C B A O ++++=++++=

(3.8)

这是一个双二次滤波器的特性公式。改变输入节点和接地点,可以实现不同的滤波功能：

令0==C B V V ,信号自A 点输入,代入式3.8，可得：

2

122

21)(K K s K s V K K s V A

O ++=，是二阶低通滤波器函数;

令0==C A V V ,信号自B 点输入,代入式３.8,可得：2

1222)(K K s K s sV K s V B

O ++=，

是二阶带通滤波器函数；

令0==B A V V ，信号自Ｃ点输入，代入式３．8,可得:2

1222)(K K s K s V s s V C

O ++=，

是二阶高通滤波器函数；

令0=B V ，将Ａ,Ｃ两端相连作输入端,代入式3．８，可

得:2

122212)(K K s K s V K K V s s V A

C O ++++=,是二阶带阻滤波器函数。

3.3 双ＯTA 二阶滤波器设计

3.3.１双OTA 二阶滤波器应用原理