OTA-C二阶有源滤波器设计.docVIP

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。 Multisim 10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。 Multisim 10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Multisim 10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Multisim 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 OTA模块的创建 Multisim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Spice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Multisim中将上述改进型大线性范围的宽带CMOS OTA电路创建为自定义元器件，命名为OTA_2，如图3.1所示。 OTA_2 图3.1 Multisim中创建的OTA模块 Fig.3.1 OTA module establishing in Multisim 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： (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，，…和，，…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： (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： (3.3) 二阶高通滤波器传输函数的标准形式为： (3.4) 二阶带通滤波器传输函数的标准形式为： (3.5) 二阶带阻滤波器传输函数的标准形式为： (3.6) 二阶全通滤波器传输函数的标准形式为： (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VA、VB、VC）和两个环路组成。 图3.2 双二次OTA-C滤波器结构 Fig.3.2 Two repeated OTA-C filter structure 利用Mason法则，可以写出 (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，信号自A点输入，代入式