Gm-C 低通滤波器

电容对电流积分:电流流入时间越长,电压变化越大。跨导器按输入电压比例提供该电流。两者结合构成 Gm-C 积分器,但恒定输入会持续把输出推向电源轨。

一阶 Gm-C 结构。去掉前馈电容 \(C_x\)(\(C_x=0\))并令 \(C_A=C\),即得到本文讨论的低通电路;\(G_{m2}\) 提供恢复性反馈。
一阶 Gm-C 结构。去掉前馈电容 CxC_x(Cx=0C_x=0)并令 CA=CC_A=C,即得到本文讨论的低通电路;Gm2G_{m2} 提供恢复性反馈。

低通滤波器需要一种阻止这种累积的机制。第二个跨导器检测输出,并产生与输入电流相抵的反馈电流。设输入跨导为 Gm1G_{m1}、反馈跨导为 Gm2G_{m2}、电容为 CC,电流平衡为

Cdvoutdt=Gm1vin−Gm2vout. C\frac{dv_{out}}{dt}=G_{m1}v_{in}-G_{m2}v_{out}.

输入阶跃之后,输入电流最初给电容充电。随着输出上升,反向电流增大,留给电容的充电电流减少。最终两路电流平衡,输出稳定下来。负反馈把无限的累积变成了受控的响应。

同一平衡关系给出传递函数和截止频率:

H(s)=Gm1sC+Gm2,fc=Gm22πC. H(s)=\frac{G_{m1}}{sC+G_{m2}},\qquad f_c=\frac{G_{m2}}{2\pi C}.

这些表达式把增益和速度分离开来。直流增益是两个跨导之比,增大电容使响应变慢,增大反馈跨导使响应变快,但除非输入跨导同比增大,否则直流增益也会下降。

缓慢变化的输入使输出始终接近其平衡值;更快的变化给电容的充电时间更短,输出幅度随之下降。这就是低通作用。

该模型假设跨导器是线性的,且其内部动态远快于滤波器响应。

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