第二章電流模電路基礎(chǔ)

第二章電流模電路基礎(chǔ)

目前，電流模電路引起關(guān)注的重要原因，是它在以下兩方面對(duì)傳統(tǒng)的電路觀念進(jìn)行挑戰(zhàn)。第一,傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為，閉環(huán)增益提高，必定導(dǎo)致帶寬宿小。然而，用電流模電路實(shí)現(xiàn)的電壓放大器，其帶寬幾乎與閉環(huán)增益無(wú)關(guān)。所以，在電流模領(lǐng)域，可以突破增益帶寬積為常數(shù)的限制，而且使增益帶寬積隨閉環(huán)增益成線性增大。第二，在電流模領(lǐng)域，多采用匹配（match）技術(shù)，在電路結(jié)構(gòu)上盡量對(duì)稱(chēng)，其結(jié)果是將非線性失真，線性失真以及溫漂等絕大部分相互對(duì)消，使得輸出與輸入做到極大的逼近。用匹配技術(shù)所取得的保真度比用反饋還要高，這是迄今為止，對(duì)反饋技術(shù)的最大挑戰(zhàn)。目前，電流模電路引起關(guān)注的重要原因，是用開(kāi)關(guān)電流積分器或開(kāi)關(guān)電流微分器綜合濾波時(shí)電路比較簡(jiǎn)單，芯片面積小，電流模A/D轉(zhuǎn)換速度比較高。早在1989年，“電流模式信號(hào)處理”專(zhuān)題就已經(jīng)列入了IEEE電路與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議的議題。不久的將來(lái)，電流模電路必將改變目前的電壓模電路統(tǒng)制模擬信號(hào)處理領(lǐng)域的局面。但電流模電路不會(huì)全面取代電壓模電路，只能是兩種模式優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，各盡所長(zhǎng)，共存共榮。用開(kāi)關(guān)電流積分器或開(kāi)關(guān)電流微分器綜合濾波時(shí)電路比較簡(jiǎn)單，芯片主講內(nèi)容2.1電流模(currentMode)電路的概念及特點(diǎn)2.2電流傳輸器2.3跨導(dǎo)線性（TL）原理2.4由TL環(huán)路構(gòu)成的電流模電路主講內(nèi)容2.1電流模(currentMode)電路的概念2.1電流模電路的概念及特點(diǎn)

(CurrentMode)一、概念電流模電路：就是能夠有成效地傳送，放大和處理電流信號(hào)的電路。（以電流變化為信息載體的電路）電壓模電路：電壓模電路，則是偏重傳送，放大和處理電壓信號(hào)的電路并以電壓為變量來(lái)分析和標(biāo)定電路。電流模電路以電流變量作為分析與設(shè)計(jì)電路的輸入和輸出參量。2.1電流模電路的概念及特點(diǎn)

(Current二、特點(diǎn)高頻性能好適于低壓工作動(dòng)態(tài)范圍大適用于并行計(jì)算對(duì)電路的匹配程度要求高近來(lái)，用電流模方法處理模擬信號(hào)、設(shè)計(jì)和制作模擬集成電路發(fā)展很快，因?yàn)樗哂袑掝l帶和高速的傳輸特性。各種模擬功能的線性和非線性電流模集成電路和系統(tǒng)都是由基本電流模單元組成的。二、特點(diǎn)2.1電流模(currentMode)電路的概念及特點(diǎn)2.2電流傳輸器2.3跨導(dǎo)線性（TL）原理2.4由TL環(huán)路構(gòu)成的電流模電路2.1電流模(currentMode)電路的概念及特點(diǎn)2.2電流傳輸器電流傳輸器：通用集成器件，廣泛用于模擬信號(hào)處理電路中，是電流模模擬信號(hào)處理領(lǐng)域中很有用的部件之一。第一代電流傳輸器，1968年加拿大多倫多大學(xué)的K.C.Smith等提出來(lái)，CCⅠ型（currentconveyor)。第二代電流傳輸器，1970年提出,CCⅡ型。以電流作為信號(hào)的載體，相對(duì)傳統(tǒng)電壓放大器，可構(gòu)成多種高速、寬帶、高精度的模擬信號(hào)處理電路。2.2電流傳輸器電流傳輸器：通用集成器件，廣泛用于模擬信號(hào)一、電流傳輸器電路符號(hào)及特點(diǎn)YXZCCvXvYvZiY=0iXiZY輸入端：

iY=0，即RY

；X輸入端：

vX=

vY

，且vX與iX

大小無(wú)關(guān)，RX0

；Z輸出端：

iZ=±iX

，且iZ

與vZ大小無(wú)關(guān)；一、電流傳輸器電路符號(hào)及特點(diǎn)YXZCCvXvYvZiY=0iX端具有虛短特性vX

=

vY

，Y端具有虛斷特性，

iY=0X端具有虛短特性vX=vY，Y端具有虛斷特性，iY=Y輸入端不取電流，即Y輸入端輸入阻抗無(wú)窮大，具有虛斷的性質(zhì);X、Y兩輸入端等電位，即Vx=Vy，具有虛短的性質(zhì);X端的輸入電流被等量地傳輸?shù)捷敵龆?，即ix=±iz，且X端輸入阻抗為零，Z端輸出阻抗為無(wú)窮大。YXZCCvXvYvZiY=0iXiZY輸入端不取電流，即Y輸入端輸入阻抗無(wú)窮大，具有虛斷的性質(zhì);模擬電子技術(shù)第二章電流模電路基礎(chǔ)課件

二、電流傳輸器構(gòu)成的模擬信號(hào)處理電路

YXZCCviRLiXiOR+-互導(dǎo)放大器互阻放大器電流放大器YXZCCisRLiXiOR2R1YXZCC1iiRvoiZ1RLYXCC2Z+-二、電流傳輸器構(gòu)成的模擬信號(hào)處理電路YXZCCviRL負(fù)阻變換器YXZCC2iX1R2YXCC1ZviiiiZ2R1iZ1RL若R為電容、電感時(shí)則等效電阻是什么？L負(fù)阻變換器YXZCC2iX1R2YXCC1ZviiiiZ三、電流傳輸器的應(yīng)用天津工業(yè)大學(xué)，蘇麗華，2009年，基于電流傳輸器的檢測(cè)電路的研究三、電流傳輸器的應(yīng)用天津工業(yè)大學(xué)，蘇麗華，2009年，基于電模擬電子技術(shù)第二章電流模電路基礎(chǔ)課件探討了一種基于電流模技術(shù)的小電阻變量測(cè)量電路，該電路由電流傳輸器和運(yùn)算放大器構(gòu)成。其設(shè)計(jì)方案降低了電橋電路的復(fù)雜性，輸出信號(hào)是傳統(tǒng)橋式電路的四倍，能適用于多個(gè)傳感器的檢測(cè)而不需增加額外電路。實(shí)現(xiàn)了利用電流模技術(shù)設(shè)計(jì)的電流傳輸器對(duì)傳統(tǒng)電阻橋電路的改進(jìn)。設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、功耗低，在電子測(cè)量、儀器儀表等實(shí)際應(yīng)用中具有推廣和使用價(jià)值。某種電流傳輸器和電流模放大器已在先鋒和馬蘭士的多款功放中被采用。

探討了一種基于電流模技術(shù)的小電阻變量測(cè)量電路，該電路由電流傳第二章電流模電路基礎(chǔ)2.1電流模(currentMode)電路的概念及特點(diǎn)2.2電流傳輸器2.3跨導(dǎo)線性（TL）電路2.4由TL環(huán)路構(gòu)成的電流模電路第二章電流模電路基礎(chǔ)2.1電流模(currentMod用來(lái)描述雙極型晶體管的跨導(dǎo)(Transconductance)與其集電極電流的線性(Linearly)比例關(guān)系,由此構(gòu)造出一個(gè)合成術(shù)語(yǔ)Translinear,直譯為跨導(dǎo)線性，首次出現(xiàn)于1975年?？鐚?dǎo)線性（translinear,TL)電路是電流模電路的重要組成部分。跨導(dǎo)線性電路是指根據(jù)跨導(dǎo)線性原理設(shè)計(jì)出來(lái)的電路，或者用跨導(dǎo)原理進(jìn)行分析的電路?？鐚?dǎo)線性電路的輸入和輸出均以電流為參量，所以屬于電流模電路的范疇。只能用單片集成電路實(shí)現(xiàn)。2.3跨導(dǎo)線性電路用來(lái)描述雙極型晶體管的跨導(dǎo)(Transconductance跨導(dǎo)線性的概念和原理得到了普遍應(yīng)用,利用跨導(dǎo)線性原理有助于理解和簡(jiǎn)化分析多種非線性電路,如乘法器、除法器、函數(shù)發(fā)生器等。此外,一些新型電流模式模擬集成電路,如電流傳送器、電流反饋運(yùn)算放大器,也是間接應(yīng)用跨導(dǎo)線性原理的實(shí)例。跨導(dǎo)線性的概念和原理得到了普遍應(yīng)用,利用跨導(dǎo)線性原理有助于理一、跨導(dǎo)線性的基本概念上式表明理想雙極晶體管跨導(dǎo)gm是靜態(tài)集電極電流Ic的線性函數(shù)，稱(chēng)為跨導(dǎo)線性(TL)跨導(dǎo)就是一個(gè)電路單元的輸出電流與該單元的輸入電壓的比值，這個(gè)電路單元通常指放大器。

一、跨導(dǎo)線性的基本概念上式表明理想雙極晶體管跨導(dǎo)gm是靜態(tài)集二、跨導(dǎo)線性回路跨導(dǎo)線性環(huán)(Translinearloop)

（跨導(dǎo)線性回路）

由正偏的發(fā)射結(jié)或二級(jí)管組成的閉合環(huán)路，其中順時(shí)針?lè)较虻恼Y(jié)數(shù)等于反時(shí)針?lè)较虻恼Y(jié)數(shù)，這種環(huán)路稱(chēng)為跨導(dǎo)線性環(huán)。

TL環(huán)TL環(huán)二、跨導(dǎo)線性回路跨導(dǎo)線性環(huán)(Translinearloop必須遵循兩個(gè)基本原則，即TL回路必須滿足兩個(gè)條件：在TL回路中必須有偶數(shù)個(gè)（至少兩個(gè)）正偏發(fā)射結(jié)順時(shí)針?lè)较颍–W）排列的正偏結(jié)數(shù)與反時(shí)針?lè)较颍–CW）排列的正偏結(jié)數(shù)目必須相等。必須遵循兩個(gè)基本原則，即TL回路必須滿足兩個(gè)條件：跨導(dǎo)線性原理是B.Gilbert提出的，這個(gè)原理可以簡(jiǎn)化非線性電路的計(jì)算，它即適用于小信號(hào)，又適用于大信號(hào)。尤其在一個(gè)較大規(guī)模的電路中，只要存在“跨導(dǎo)線性環(huán)”，就會(huì)使電路計(jì)算大大簡(jiǎn)化。在電流模電路中，因?yàn)槎嗍┯谩捌ヅ洹奔夹g(shù)，幾乎到處都可以找到“跨導(dǎo)線性環(huán)”?？鐚?dǎo)線性原理是B.Gilbert提出的，這個(gè)原理可以簡(jiǎn)化非線模擬電子技術(shù)第二章電流模電路基礎(chǔ)課件三、跨導(dǎo)線性(TL)回路原理由圖，回路方程為其中：則有：控制發(fā)射區(qū)尺寸使則有：TL回路：含有偶數(shù)個(gè)正偏發(fā)射結(jié)的閉合回路。回路中順時(shí)針?lè)较蚺帕械恼玃N結(jié)數(shù)目與反時(shí)針?lè)较蚺帕械恼玃N結(jié)數(shù)目相等。在TL回路中，若順時(shí)針?lè)较蚺帕械恼玃N結(jié)數(shù)目與反時(shí)針?lè)较蚺帕械恼玃N結(jié)數(shù)目相等，則順時(shí)針正偏PN結(jié)的各電流乘積等于反時(shí)針正偏PN結(jié)的各電流乘積?？鐚?dǎo)線性回路原理：三、跨導(dǎo)線性(TL)回路原理由圖，回路方程為其中：則有：控制第二章電流模電路基礎(chǔ)

（現(xiàn)代模擬集成電路技術(shù)）2.1電流模(currentMode)電路的概念及特點(diǎn)2.2電流傳輸器2.3跨導(dǎo)線性（TL）原理2.4由TL環(huán)路構(gòu)成的電流模電路第二章電流模電路基礎(chǔ)

（現(xiàn)代模擬集成電路技術(shù)）2.1電流

T1T2T3T4Iin（t）Iout（t）IB1IB4

T1T2T3T4Iin（t）Iout（t）IB1IB

Iin（t）Iout（t）Io

Iin（t）Iout（t）Io跨導(dǎo)線性電路是電流模式電路中應(yīng)用非常廣泛的電路形式,可以用于分析和構(gòu)造很多實(shí)用的電路。文中介紹了跨導(dǎo)線性的基本原理,給出了幾種用雙極型晶體管和MOS管實(shí)現(xiàn)的跨導(dǎo)線性電路形式。最后給出了跨導(dǎo)線性電路在電流模式電路中的應(yīng)用實(shí)例?？鐚?dǎo)線性電路是電流模式電路中應(yīng)用非常廣泛的電路形式,可以用于模擬電子技術(shù)第二章電流模電路基礎(chǔ)課件第二章電流模電路基礎(chǔ)

第二章電流模電路基礎(chǔ)

目前，電流模電路引起關(guān)注的重要原因，是它在以下兩方面對(duì)傳統(tǒng)的電路觀念進(jìn)行挑戰(zhàn)。第一,傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為，閉環(huán)增益提高，必定導(dǎo)致帶寬宿小。然而，用電流模電路實(shí)現(xiàn)的電壓放大器，其帶寬幾乎與閉環(huán)增益無(wú)關(guān)。所以，在電流模領(lǐng)域，可以突破增益帶寬積為常數(shù)的限制，而且使增益帶寬積隨閉環(huán)增益成線性增大。第二，在電流模領(lǐng)域，多采用匹配（match）技術(shù)，在電路結(jié)構(gòu)上盡量對(duì)稱(chēng)，其結(jié)果是將非線性失真，線性失真以及溫漂等絕大部分相互對(duì)消，使得輸出與輸入做到極大的逼近。用匹配技術(shù)所取得的保真度比用反饋還要高，這是迄今為止，對(duì)反饋技術(shù)的最大挑戰(zhàn)。目前，電流模電路引起關(guān)注的重要原因，是用開(kāi)關(guān)電流積分器或開(kāi)關(guān)電流微分器綜合濾波時(shí)電路比較簡(jiǎn)單，芯片面積小，電流模A/D轉(zhuǎn)換速度比較高。早在1989年，“電流模式信號(hào)處理”專(zhuān)題就已經(jīng)列入了IEEE電路與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議的議題。不久的將來(lái)，電流模電路必將改變目前的電壓模電路統(tǒng)制模擬信號(hào)處理領(lǐng)域的局面。但電流模電路不會(huì)全面取代電壓模電路，只能是兩種模式優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，各盡所長(zhǎng)，共存共榮。用開(kāi)關(guān)電流積分器或開(kāi)關(guān)電流微分器綜合濾波時(shí)電路比較簡(jiǎn)單，芯片主講內(nèi)容2.1電流模(currentMode)電路的概念及特點(diǎn)2.2電流傳輸器2.3跨導(dǎo)線性（TL）原理2.4由TL環(huán)路構(gòu)成的電流模電路主講內(nèi)容2.1電流模(currentMode)電路的概念2.1電流模電路的概念及特點(diǎn)

(CurrentMode)一、概念電流模電路：就是能夠有成效地傳送，放大和處理電流信號(hào)的電路。（以電流變化為信息載體的電路）電壓模電路：電壓模電路，則是偏重傳送，放大和處理電壓信號(hào)的電路并以電壓為變量來(lái)分析和標(biāo)定電路。電流模電路以電流變量作為分析與設(shè)計(jì)電路的輸入和輸出參量。2.1電流模電路的概念及特點(diǎn)

(Current二、特點(diǎn)高頻性能好適于低壓工作動(dòng)態(tài)范圍大適用于并行計(jì)算對(duì)電路的匹配程度要求高近來(lái)，用電流模方法處理模擬信號(hào)、設(shè)計(jì)和制作模擬集成電路發(fā)展很快，因?yàn)樗哂袑掝l帶和高速的傳輸特性。各種模擬功能的線性和非線性電流模集成電路和系統(tǒng)都是由基本電流模單元組成的。二、特點(diǎn)2.1電流模(currentMode)電路的概念及特點(diǎn)2.2電流傳輸器2.3跨導(dǎo)線性（TL）原理2.4由TL環(huán)路構(gòu)成的電流模電路2.1電流模(currentMode)電路的概念及特點(diǎn)2.2電流傳輸器電流傳輸器：通用集成器件，廣泛用于模擬信號(hào)處理電路中，是電流模模擬信號(hào)處理領(lǐng)域中很有用的部件之一。第一代電流傳輸器，1968年加拿大多倫多大學(xué)的K.C.Smith等提出來(lái)，CCⅠ型（currentconveyor)。第二代電流傳輸器，1970年提出,CCⅡ型。以電流作為信號(hào)的載體，相對(duì)傳統(tǒng)電壓放大器，可構(gòu)成多種高速、寬帶、高精度的模擬信號(hào)處理電路。2.2電流傳輸器電流傳輸器：通用集成器件，廣泛用于模擬信號(hào)一、電流傳輸器電路符號(hào)及特點(diǎn)YXZCCvXvYvZiY=0iXiZY輸入端：

iY=0，即RY

；X輸入端：

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vY

，且vX與iX

大小無(wú)關(guān)，RX0

；Z輸出端：

iZ=±iX

，且iZ

與vZ大小無(wú)關(guān)；一、電流傳輸器電路符號(hào)及特點(diǎn)YXZCCvXvYvZiY=0iX端具有虛短特性vX

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，Y端具有虛斷特性，

iY=0X端具有虛短特性vX=vY，Y端具有虛斷特性，iY=Y輸入端不取電流，即Y輸入端輸入阻抗無(wú)窮大，具有虛斷的性質(zhì);X、Y兩輸入端等電位，即Vx=Vy，具有虛短的性質(zhì);X端的輸入電流被等量地傳輸?shù)捷敵龆耍磇x=±iz，且X端輸入阻抗為零，Z端輸出阻抗為無(wú)窮大。YXZCCvXvYvZiY=0iXiZY輸入端不取電流，即Y輸入端輸入阻抗無(wú)窮大，具有虛斷的性質(zhì);模擬電子技術(shù)第二章電流模電路基礎(chǔ)課件

二、電流傳輸器構(gòu)成的模擬信號(hào)處理電路

YXZCCviRLiXiOR+-互導(dǎo)放大器互阻放大器電流放大器YXZCCisRLiXiOR2R1YXZCC1iiRvoiZ1RLYXCC2Z+-二、電流傳輸器構(gòu)成的模擬信號(hào)處理電路YXZCCviRL負(fù)阻變換器YXZCC2iX1R2YXCC1ZviiiiZ2R1iZ1RL若R為電容、電感時(shí)則等效電阻是什么？L負(fù)阻變換器YXZCC2iX1R2YXCC1ZviiiiZ三、電流傳輸器的應(yīng)用天津工業(yè)大學(xué)，蘇麗華，2009年，基于電流傳輸器的檢測(cè)電路的研究三、電流傳輸器的應(yīng)用天津工業(yè)大學(xué)，蘇麗華，2009年，基于電模擬電子技術(shù)第二章電流模電路基礎(chǔ)課件探討了一種基于電流模技術(shù)的小電阻變量測(cè)量電路，該電路由電流傳輸器和運(yùn)算放大器構(gòu)成。其設(shè)計(jì)方案降低了電橋電路的復(fù)雜性，輸出信號(hào)是傳統(tǒng)橋式電路的四倍，能適用于多個(gè)傳感器的檢測(cè)而不需增加額外電路。實(shí)現(xiàn)了利用電流模技術(shù)設(shè)計(jì)的電流傳輸器對(duì)傳統(tǒng)電阻橋電路的改進(jìn)。設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、功耗低，在電子測(cè)量、儀器儀表等實(shí)際應(yīng)用中具有推廣和使用價(jià)值。某種電流傳輸器和電流模放大器已在先鋒和馬蘭士的多款功放中被采用。

探討了一種基于電流模技術(shù)的小電阻變量測(cè)量電路，該電路由電流傳第二章電流模電路基礎(chǔ)2.1電流模(currentMode)電路的概念及特點(diǎn)2.2電流傳輸器2.3跨導(dǎo)線性（TL）電路2.4由TL環(huán)路構(gòu)成的電流模電路第二章電流模電路基礎(chǔ)2.1電流模(currentMod用來(lái)描述雙極型晶體管的跨導(dǎo)(Transconductance)與其集電極電流的線性(Linearly)比例關(guān)系,由此構(gòu)造出一個(gè)合成術(shù)語(yǔ)Translinear,直譯為跨導(dǎo)線性，首次出現(xiàn)于1975年?？鐚?dǎo)線性（translinear,TL)電路是電流模電路的重要組成部分?？鐚?dǎo)線性電路是指根據(jù)跨導(dǎo)線性原理設(shè)計(jì)出來(lái)的電路，或者用跨導(dǎo)原理進(jìn)行分析的電路?？鐚?dǎo)線性電路的輸入和輸出均以電流為參量，所以屬于電流模電路的范疇。只能用單片集成電路實(shí)現(xiàn)。2.3跨導(dǎo)線性電路用來(lái)描述雙極型晶體管的跨導(dǎo)(Transconductance跨導(dǎo)線性的概念和原理得到了普遍應(yīng)用,利用跨導(dǎo)線性原理有助于理解和簡(jiǎn)化分析多種非線性電路,如乘法器、除法器、函數(shù)發(fā)生器等。此外,一些新型電流模式模擬集成電路,如電流傳送器、電流反饋運(yùn)算放大器,也是間接應(yīng)用跨導(dǎo)線性原理的實(shí)例?？鐚?dǎo)線性的概念和原理得到了普遍應(yīng)用,利用跨導(dǎo)線性原理有助于理一、跨導(dǎo)線性的基本概念上式表明理想雙極晶體管跨導(dǎo)gm是靜態(tài)集電極電流Ic的線性函數(shù)，稱(chēng)為跨導(dǎo)線性(TL)跨導(dǎo)就是一個(gè)電路單元的輸出電流與該單元的輸入電壓的比值，這個(gè)電路單元通常指放大器。

一、跨導(dǎo)線性的基本概念上式表明理想雙極晶體管跨導(dǎo)gm是靜態(tài)集二、跨導(dǎo)線性回路跨導(dǎo)線性環(huán)(Translinearloop)

（跨導(dǎo)線性回路）

由正偏的發(fā)射結(jié)或二級(jí)管組成的閉合環(huán)路，其中順時(shí)針?lè)较虻恼Y(jié)數(shù)等于反時(shí)針?lè)较虻恼Y(jié)數(shù)，這種環(huán)路稱(chēng)為跨導(dǎo)線性環(huán)。

TL環(huán)TL環(huán)二、跨導(dǎo)線性回路跨導(dǎo)線性環(huán)(Translinearloop必須遵循兩個(gè)基本原則，即TL回路必須滿足兩個(gè)條件：在TL回路中必須有偶數(shù)個(gè)（至少兩個(gè)）正偏發(fā)射結(jié)順時(shí)針?lè)较颍–W）排列的正偏結(jié)數(shù)與反時(shí)針?lè)较颍–CW）排列的正偏結(jié)數(shù)目必須相等。必須遵循兩個(gè)基本原則，即TL回路必須滿足兩個(gè)條件