電流模式電路具有頻頻寬、轉換速率高、能量消耗低、高頻性能好等優點，這些優點對VLSI模擬信號處理技術的實現具有巨大的吸引力。模擬電壓模式電路技術已有幾十年的發展歷史，電路設計理論完備且成熟，擁有豐富的設計及套用經驗。設計者可充分利用電壓模式電路的成果，將經典電壓模式電路直接轉換成電流模式，為電流模式電路的研究提供了一種簡便快捷的方法。
基本介紹
- 中文名：電流模式電路
- 外文名：Current mode circuit
- 特點：等頻頻寬、轉換速率高
背景,簡介,電壓模式與電流模式的定義,發展現狀,電流傳輸器,
背景
為了解決電壓運放在性能和多用途方面的缺陷 ,電流模式電路設計技術應運而生。如果被處理的信號由隨時間變化的電流代表 ,那么電路就稱為電流模式電路。顯然 ,電流模式電路具有低的輸入阻抗和高的輸出阻抗。同時 ,電流模式電路能形成一個被擴展的輸出電流的放大器結構 ,低阻抗節點可減小整個電路的功率損耗。
為實現電流模式電路 ,一些新型放大器件應運而生 ,如跨導運算放大器 ( OT A)、電流反饋運算放大器或互阻抗運算放大器 ( CFA)、電流傳輸器 ( CC)。它們的共同特點是: 導致電路的頻寬和增益相互獨立 ,克服了電壓放大器增益-頻寬積的限制。
簡介
用電流信號代替電壓信號作為電路的操作信號可以得到更簡單的電路實現。與電壓信號相比，MOS電晶體更適合處理電流信號，因為在共源和共柵放大結構中的輸出信號均為電流信號，而共漏放大結構由於典型CMOS管的體效應，在低供電電壓情況下基本無用。除此之外，MOS電流鏡式電路處理變數時比雙極性電流鏡式電路更精確且敏感度更低，雙極性電流鏡式電路的基電流限制了其精確度。因此，選擇電流信號可以簡化MOS電晶體電路。集成電流模式系統實現與傳統的電壓模式實現相比更接近電晶體級，從而得到更簡單的電路結構和系統。
電壓模式電路中，全電壓振盪引起寄生電容充電放電過程限制了電路的工作速度並且增加了電路的能量消耗。電流模式電路雖然也無法避免電壓振盪，但通常振盪點附近沒有過多的寄生電容。因此，運用電流模式電路技術可得到較高的工作速度同時降低動態能量消耗。
當信號以電流形式傳輸時，MOS電晶體電路的電壓與信號的平方根成比例。同樣，在雙極性電晶體電路中電壓與信號的對數成比例。因此可以使電壓幅值壓縮並減少供電電壓。電流模式電路的性能特點使其在今後的積體電路技術發展中非常有前途。
電壓模式與電流模式的定義
學術界對電壓模式與電流模式的定義一直有不少爭議，二者之間也沒有明確的分界線。翻閱已發表的文獻，多數研究者以電路的處理信號作為區分電壓模式和電流模式的標誌，處理信號是電壓信號的電路為電壓模式電路，處理信號是電流信號的電路為電流模式電路。以處理信號定義電壓模式和電流模式並不準確，因為電路中每個節點都存在相應的電壓，每條支路都有電流流過，同時指出精確的定義電壓模式和電流模式沒有必要，電流模式是作為一種集成模擬電路的設計技術存在而並不是一個將電路分類的工具。
發展現狀
自二十世紀四十年代運算放大器問世以來，基於運放的模擬電壓模式電路技術已有了幾十年的發展歷史，電路設計理論完備且成熟，擁有豐富的設計及套用經驗。而最早的電流模式有源元件的出現比運算放大器晚了二十多年，且在發展之初並沒有受到很大的關注，電流模式電路的發展遠遠落後於電壓模式。發展電壓模式到電流模式電路轉換技術是很有意義的，使電流模式電路的研究不必從零開始。將經典電壓模式電路直接轉換成電流模式，保持轉換前後電路傳遞函式不變，基於電壓模式的電路設計方法便可用於相應電流模式電路的設計，為電流模式電路的設計與套用提供了一條便捷之路。
電流傳輸器
電流傳輸器 ( Current Conveyor)是一種三連線埠 (近期有多於三連線埠 )器件 ,在很多情況下 ,與電壓運放十分相似 ,如實際連線埠特性與理想十分接近。 因此 ,人們只要了解它的功能 ,就很容易利用這種理想的器件設計複雜的模擬電路。 電流傳輸器是電流模式電路中的最佳器件。
1968年 , Sedra等人就提出電流傳輸器 ,但由於當時人們還不十分清楚它優於電壓運放的性能有哪些 ,加之電子工業剛開始致力於第一代單片電壓運放的開發與套用 ,所以忽略了對它的研究。
1988年 ,英國人 Wilson在 IEEE ISCAS會議上提出了 Wilson電流鏡及 Supply Current Sensing電流鏡 ,人們才認識到它巨大的潛力和優越性。直到近年 ,模擬電路的設計者才發現電流傳輸器有許多優於電壓運放的功能 ,特別是它能夠提供比電壓運放更大的增益 -頻寬積。
