本實用新型涉及基于憶阻器的電路設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種基于憶阻器的高階巴特沃茲高通、低通有源濾波電路。

背景技術(shù)：

憶阻器作為被證實的除電阻、電容和電感之外的第四種基本電路元件而存在，具有低功耗、納米級規(guī)格和非易失性等優(yōu)良特性，其阻值在外部激勵的作用下連續(xù)可變，且調(diào)節(jié)范圍達10³數(shù)量級。

常規(guī)由電阻、電容和放大器組成的濾波電路，在集成后為了實現(xiàn)截止頻率可調(diào)，采用可調(diào)電位器來代替固定電阻，從而改變?yōu)V波電路的截止頻率。然而已有的電位器穩(wěn)定性、精確度以及可調(diào)范圍等指標(biāo)均不理想，很大程度上影響了濾波電路的性能。

巴特沃茲濾波電路在通帶和阻帶內(nèi)擁有最大平坦的幅頻特性，不會產(chǎn)生紋波，因此在實際集成電路生產(chǎn)過程中應(yīng)用較廣，但其通帶和阻帶相互過渡緩慢，濾波工作范圍受到限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在改善上述不足，以提供一種具有截止頻率精確可調(diào)、通帶調(diào)節(jié)范圍廣、頻率衰減快的電路拓撲規(guī)律性強便于拓展為精度更高的基于憶阻器的高階巴特沃茲高通、低通有源濾波電路。

本實用新型解決上述問題的技術(shù)方案是：一種基于憶阻器的高階巴特沃茲高通、低通有源濾波電路，具有信號輸入端和信號輸出端，其中包括巴特沃茲高通、低通有源濾波電路和憶阻器阻值調(diào)節(jié)電路，憶阻器阻值調(diào)節(jié)電路的輸出端與巴特沃茲高通、低通有源濾波電路中憶阻器的兩端相連。

上述基于憶阻器的高階巴特沃茲高通有源濾波電路中，在一些實施方式中巴特沃茲高通有源濾波電路包括：運算放大器OA1、OA2、OA3、OA4，電容器C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14，憶阻器M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8，電容器C1連接信號輸入端(+)，電容器C2、C3與憶阻器M1并聯(lián)且連接電容器C1，憶阻器M1連接信號輸入端(-)并接地，電容器C3連接運算放大器OA1負向輸入端，憶阻器M2跨接于運算放大器OA1的負向輸入端和輸出端，運算放大器OA1正相輸入端接地，電容器C4連接運算放大器OA1輸出端，電容器C5、C6與憶阻器M3并聯(lián)且連接電容器C4，憶阻器M3另一端接地，電容器C6連接運算放大器OA2負向輸入端，憶阻器M4跨接于運算放大器OA2的負向輸入端和輸出端，運算放大器OA2正相輸入端接地，電容器C7連接運算放大器OA2輸出端，電容器C8、C9與憶阻器M5并聯(lián)且連接電容器C7，憶阻器M5另一端接地，電容器C9連接運算放大器OA3負向輸入端，憶阻器M6跨接于運算放大器OA3的負向輸入端和輸出端，運算放大器OA3正相輸入端接地，電容器C10連接運算放大器OA3輸出端，電容器C11、C12與憶阻器M7并聯(lián)且連接電容器C10，憶阻器M7另一端接地，電容器C12連接運算放大器OA4負向輸入端，憶阻器M8跨接于運算放大器OA4的負向輸入端和輸出端，運算放大器OA4正相輸入端連接信號輸出端(-)并接地，運算放大器OA4輸出端連接信號輸出端(+)。

上述基于憶阻器的高階巴特沃茲低通有源濾波電路中，巴特沃茲低通有源濾波電路包括：運算放大器OA5、OA6、OA7、OA8，電容器C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20，憶阻器M9、M10、M11、M12、M13、M14、M15、M16、M17、M18、M19、M20，憶阻器M9連接信號輸入端(+)，憶阻器M10、M11與電容器C13并聯(lián)且連接憶阻器M9，電容器C13連接信號輸入端(-)并接地，憶阻器M11連接運算放大器OA5負向輸入端，電容器C14跨接于運算放大器OA5的負向輸入端和輸出端，運算放大器OA5正相輸入端接地，憶阻器M12連接運算放大器OA5輸出端，憶阻器M113、M14與電容器C15并聯(lián)且連接憶阻器M12，電容器C15另一端接地，憶阻器M14連接運算放大器OA6負向輸入端，電容器C16跨接于運算放大器OA6的負向輸入端和輸出端，運算放大器OA6正相輸入端接地，憶阻器M15連接運算放大器OA6輸出端，憶阻器M16、M17與電容器C17并聯(lián)且連接憶阻器M15，電容器C17另一端接地，憶阻 器M17連接運算放大器OA7負向輸入端，電容器C18跨接于運算放大器OA7的負向輸入端和輸出端，運算放大器OA7正相輸入端接地，憶阻器M18連接運算放大器OA7輸出端，憶阻器M119、M20與電容器C19并聯(lián)且連接憶阻器M18，電容器C19另一端接地，憶阻器M20連接運算放大器OA8負向輸入端，電容器C20跨接于運算放大器OA8的負向輸入端和輸出端，運算放大器OA8正相輸入端連接信號輸出端(-)并接地，運算放大器OA8輸出端連接信號輸出端(+)。

上述基于憶阻器的高階巴特沃茲高通、低通有源濾波電路中，在一些實施方式中憶阻器阻值調(diào)節(jié)電路包括：運算放大器OA，三極管NPN-BJT，電容器C1、C2，電阻器R1、R2、R3、R4、R5，電容器C1連接脈沖信號輸入端(+)，電阻器R1連接電容器C1并與運算放大器OA的負向輸入端相連，電容器R2連接電容器C1并與運算放大器OA的正相輸入端相連，電阻器R3跨接于運算放大器OA的負向輸入端和輸出端，電阻器R4連接運算放大器OA正相輸入端，電阻器R4另一端連接三極管NPN-BJT的集電極，電阻器R5連接高低電平切換信號輸入端(+)，電阻器R5另一端連接三極管NPN-BJT基極，三極管NPN-BJT發(fā)射極接地并連接高低電平切換信號輸入端(-)，電容器C2連接運算放大器OA輸出端，電容器C2另一端作為憶阻器阻值調(diào)節(jié)電路的輸出端(+)連接巴特沃茲高通有源濾波電路中憶阻器的一端，憶阻器阻值調(diào)節(jié)電路的輸出端(-)連接巴特沃茲高通有源濾波電路中憶阻器的另一端。

進一步的運算放大器OA、OA1、OA2、OA3、OA4、OA5、OA6、OA7、OA8均采用NE5532。

進一步的三極管NPN-BJT采用2N1711。

進一步的電路中運算放大器OA、OA1、OA2、OA3、OA4、OA5、OA6、OA7、OA8均采用電源信號采用VCC+15V和VEE-15V。

本實用新型的有益效果：基于憶阻器的高階巴特沃茲高通、低通有源濾波電路具有截止頻率精確可調(diào)、通帶調(diào)節(jié)范圍廣、頻率衰減快的特點，電路拓撲的規(guī)律性便于拓展為精度更高的濾波電路。

附圖說明

圖1為基于憶阻器的高階巴特沃茲高通有源濾波電路結(jié)構(gòu)圖

圖2為基于憶阻器的高階巴特沃茲低通有源濾波電路結(jié)構(gòu)圖

圖3為憶阻器阻值調(diào)節(jié)電路結(jié)構(gòu)圖

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步說明本實用新型的具體實施方式。

基于憶阻器的高階巴特沃茲高通、低通有源濾波電路的階數(shù)以八階為例。

實施例1：基于憶阻器的八階巴特沃茲高通有源濾波電路。

如圖1所示的電路結(jié)構(gòu)圖，對需要進行濾波處理的信號由Signal In端口輸入，經(jīng)濾波電路處理后，由Signal Out端口輸出。

基于憶阻器的八階巴特沃茲高通有源濾波電路系統(tǒng)每個濾波單元的截止頻率計算公式為：

對于運算放大器OA1有源濾波單元：

對于運算放大器OA2有源濾波單元：

對于運算放大器OA3有源濾波單元：

對于運算放大器OA4有源濾波單元：

通過憶阻器阻值調(diào)節(jié)電路對濾波電路中憶阻器M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8的阻值做調(diào)節(jié)，改變每個有源濾波單元的截止頻率，實現(xiàn)對不同頻率范圍的信號進行濾波。

如圖3所示的電路結(jié)構(gòu)圖，控制憶阻器阻值的信號為占空比可調(diào)的脈沖信號，電阻器阻值R1＝R2＝R3＝R4。

當(dāng)三極管NPN-BJT基極電壓為高電平(2.5V-5V)，三極管飽和導(dǎo)通，電阻器R4接地，運算放大器OA正相輸入端和負向輸入端的電平信號相同，產(chǎn)生共模抑制，運算放大器OA的輸出信號為恒低電平，此時基于憶阻器的高通巴特沃茲有源濾波電路單元中憶阻器兩端的控制電壓為0，憶阻器阻值穩(wěn)定不變。當(dāng)三極管NPN-BJT基極電壓為低電平(0V-2.4V)，三極管截止，電阻器R4非接地，運算放大器OA正相輸入端和負向輸入端的電平信號不同，處于差模輸入狀態(tài)，運算放大器OA輸出脈沖信號，此時基于憶阻器的高通巴特沃茲有源濾波電路單元中憶阻器兩端的控制電壓非0，憶阻器阻值發(fā)生改變。

基于憶阻器的八階巴特沃茲高通有源濾波電路單元中憶阻器的阻值改變受三極管NPN-BJT導(dǎo)通時間控制，即高低電平信號切換時間，從而實現(xiàn)對整個濾波電路截止頻率的控制，由于憶阻器阻值調(diào)節(jié)范圍廣，從而實現(xiàn)了電路濾波通帶范圍廣的特性。

實施例2：基于憶阻器的八階巴特沃茲低通有源濾波電路。

如圖2所示的電路結(jié)構(gòu)圖，對需要進行濾波處理的信號由Signal In端口輸入，經(jīng)濾波電路處理后，由Signal Out端口輸出。

基于憶阻器的八階巴特沃茲低通有源濾波電路系統(tǒng)每個濾波單元的截止頻率計算公式為：

對于運算放大器OA5有源濾波單元：

對于運算放大器OA6有源濾波單元：

對于運算放大器OA7有源濾波單元：

對于運算放大器OA8有源濾波單元：

通過憶阻器阻值調(diào)節(jié)電路對濾波電路中憶阻器M10、M11、M13、M14、M16、M17、M19、M20的阻值做調(diào)節(jié)，改變每個有源濾波單元的截止頻率，實現(xiàn)對不同頻率范圍的信號進行濾波。

如圖3所示的電路結(jié)構(gòu)圖，控制憶阻器阻值的信號為占空比可調(diào)的脈沖信號，電阻器阻值R1＝R2＝R3＝R4。

當(dāng)三極管NPN-BJT基極電壓為高電平(2.5V-5V)，三極管飽和導(dǎo)通，電阻器R4接地，運算放大器OA正相輸入端和負向輸入端的電平信號相同，產(chǎn)生共模抑制，運算放大器OA的輸出信號為恒低電平，此時基于憶阻器的低通巴特沃茲有源濾波電路單元中憶阻器兩端的控制電壓為0，憶阻器阻值穩(wěn)定不變。當(dāng)三極管NPN-BJT基極電壓為低電平(0V-2.4V)，三極管截止，電阻器R4非接地，運算放大器OA正相輸入端和負向輸入端的電平信號不同，處于差模輸入狀態(tài)，運算放大器OA輸出脈沖信號，此時基于憶阻器的低通巴特沃茲有源濾波電路單元中憶阻器兩端的控制電壓非0，憶阻器阻值發(fā)生改變。

基于憶阻器的八階巴特沃茲低通有源濾波電路單元中憶阻器的阻值改變受三極管NPN-BJT導(dǎo)通時間 控制，即高低電平信號切換時間，從而實現(xiàn)對整個濾波電路截止頻率的控制，由于憶阻器阻值調(diào)節(jié)范圍廣，從而實現(xiàn)了電路濾波通帶范圍廣的特性。