在数字电子世界中，模拟电路仍然有必要的功能，尤其是滤波器。例如，当现实世界的信号被数字化或合成时，模拟滤波器对于抗锯齿和重建至关重要。
    然而，经典的滤波器技术在现代 CMOS 技术中往往难以实现，尤其是在纳米节点中。因此，需要能够与这些滤波器不可避免地相互作用的 CMOS 技术一起轻松制造的有源模拟滤波器。
    基于 1900 年代中期的 Sallen 和 Key 电路的早期有源电阻电容 (active-RC) 滤波器为现代有源模拟滤波器技术的发展奠定了基础。这些技术从真空管和电路架时代开始发展到高度集成的技术。    CMOS时代有源模拟滤波器的演变

    图 1使用运算放大器、电阻器和电容器的 Sallen-Key 二阶低通电路。CRC出版社    CMOS时代有源模拟滤波器的演变

    图 2在广义 SAB 中，当 R6 = inf. 时存在损耗通陷波滤波器行为，当 R7 = inf. 时存在高通陷波滤波器。当 R6 和 R7 = inf 时，存在全通滤波器。CRC出版社
    有源滤波器类型
    一个进步领域是可集成跨导放大器的开发，也称为运算跨导放大器（OTA）。这一进步很大程度上消除了对无源电阻元件的需求，并允许使用 OTA 作为有源电阻元件。此外，OTA 可以设计为电流可变电阻器，从而允许将电流而不是电压用作控制变量。因此，仅由有源电路和电容器组成的有源 OTA-C 滤波器成为可能。    CMOS时代有源模拟滤波器的演变

    图 3仅使用 3 个无源元件的 OTA 一阶滤波器配置，基于 3 导纳模型。CRC出版社

    CMOS时代有源模拟滤波器的演变
    图4上图显示了电阻器的OTA仿真。CRC出版社
    然而，对更高频率、带宽和其他性能因素的需求不断增加，不断挑战模拟电路设计人员开发更紧凑、更高性能、具有有效 Q 值和抑制能力的有源滤波器。此外，集成到更小的节点技术中还需要有源滤波器技术来突破线性、低噪声和低电压操作的界限。
    有源 RC 滤波器存在带宽较低的限制，而跨导放大器对电容寄生更敏感，并且在表现出较高带宽的同时具有较低的相对线性度。仅有源模拟滤波器比 OTA-C 或 gm-C 滤波器具有潜在优势，因为它们具有低输出阻抗。此外，仅有源模拟滤波器通常需要比 OTA-C 滤波器少得多的空间，因为电容元件通常需要更大的芯片空间。
    基于 OTA 设计的纯有源模拟滤波器也可以在比 OTA-C 滤波器更广泛的参数范围内进行控制，因为纯有源滤波器的“电容”组件也是电流可控的。这是可能的，因为这些滤波器使用运算放大器极点和 OTA 的跨导控制来实现电流可控性，并可与外部电子器件配对以实现可编程性能。
    实现高阶滤波器功能一般有三种方法：级联二阶部分、引入多环反馈电路和模拟无源LC梯形网络。这些方法都增加了滤波器的复杂性并可以提高性能，但过程和设计变量的控制对于优化滤波器性能是必要的。这些方法对于达到更高水平的滤波器选择性是必要的，并且使用单个运算放大器可能无法实现这种性能水平。
    提高过滤器性能
    实现高阶滤波器功能一般有3种方法：级联二阶段、引入多环反馈电路、模拟无源LC梯形网络。这些方法都增加了过滤器的复杂性并可以提高性能；然而，为了优化过滤器性能，还需要控制过程和设计变量。这些方法对于达到更高水平的滤波器选择性是必要的，并且使用单个运算放大器可能无法实现这种性能水平。
    特别是，LC 梯形网络可以用波有源滤波器 (WAF) 替换，WAF 通过用等效子网络替换 LC 梯形网络无源组件的每个串联臂阻抗和并联臂导纳来模拟电阻端接 LC 梯形滤波器。    通过这种方法，LC 梯形网络的元件被视为具有有源 RC 等效项的双端口，该等效项由通过波形变量的线性变换设置的电压和电流端口变量确定。可以使用波有源等效 (WAE) 来替换 LC 梯形滤波器中的每个元件：L、C、信号源和终端电阻。

    CMOS时代有源模拟滤波器的演变    图 5电感器的 WAE 显示为串联臂 (a) 和并联臂 (b)。CRC出版社

    CMOS时代有源模拟滤波器的演变    图 6 LC 梯形滤波器原型 (a) 和 LC 梯形滤波器原型波有源实现 (b)。图中没有指示值的电阻器可以假定为相等，并且可以使用任何方便的值来生产。

    可以使用双输出 (DO) 甚至多输出 (MO) OTA 来实现滤波器（见图7）。还可以使用运算放大器 RC、MOSFET-C 和 OTA-C 运算放大器电路元件来构建复杂的有源滤波器。

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