电流模集成电抗元件与频率变换电路的设计

　　随着集成电路技术的发展，低压低功耗设计技术成为普遍关注的焦点，然而，低电压给模拟集成电路设计带来了诸多的挑战。为了解决输入端阈值电压的影响和输出信号的电压幅度问题，人们提出了以电流模电路取代电压模电路的设计策略，并取得了良好的效果。其中，电流传输器就是电流模电路结构的代表之一。

　　第一代电流传输器通常用从X输入端到Y输入端的反馈获得IY=IX，它具有减小X端输入电阻的作用，当VY=0时，该输入电阻非常小，可以作为输入级用于接口芯片和高速传输系统中。后来，人们不断改进电路结构，从电流传输器的动态范围、跟随特性等方面进行完善，以形成第二代电流传输器。

　　本文首先把第二代电流传输器(CCTT)应用于电抗器件的设计，以小的容抗实现大容抗等效，从而避免了集成模拟电路设计中大电容的使用以节省芯片面积;以容抗实现感抗等效变换，避免了制作片上螺旋电感复杂的工艺步骤。另外，将第二代电流传输器应用于频率变换电路，大大提高模拟芯片的设计效率。

　　1 第二代电流传输器结构

　　图1是为了改善(CCII)低电压工作时输入电压的线性范围，而采用CMOS工艺实现的电路原理图。输入级完成X端和Y端之间的跟随。为了有利于低功耗工作，输出级由两级AB类放大器组成。其中，第一级为一个简单的反相放大器，执行反馈动作以减小X端的输入电阻;第二级完成由X端到1端的电流传输。利用附加的电流镜把电流反相并传输到2端，其图形符号如图2所示。

　　第二代电流传输器的关系式为：

　　2 第二代电流传输器的应用

　　2.1 基于第二代电流传输器的电抗倍增器

　　为了用较小的电容，通过有源网络进行阻抗变换来获得较大的电容，由跨导运算放大器、无源元件和CCII经过适当连接成两种有源网络(见图3)，分别为浮地阻抗变换器和接地阻抗变换器。

　　所含跨导运算放大器(OTA)的输入/输出关系如下：

　　式中：iout为输出电流;gm为跨导(受偏置控制);vP，vN分别为正、负输入端的输入电压。

　　由OTA和CCII的构成关系得到节点2的电压为：

　　2.1.1 有源电容倍增器

　　当Z1与Z2分别选用电阻R、电容C时，，有源网络等效为一个容量为Ceq=gmRC的电容，该电容较原电容C，放大了gmR倍，大大提高了等效容量，称该电路为有源电容倍增器。考虑电容C的等效串联电阻r，按上述步骤重新推导得等效输入阻抗为：

　　可见，该有源电容倍增器等效成为一个电容和一个电阻串联，其中电容容量为Ceq=gmRC，电阻阻值为，等效后电容是原电容gmR，而等效后电阻只有原电阻，品质因素并没有改变。