CCI电流传输器：原理、应用与优势详解

CCI（Current-Controlled Current-Inverter，电流控制电流开关）是一种特殊的电子器件，最初由Smith和Sedra在1968年提出，作为电流传输器的基本概念，它在电路设计中可以看作是一个理想的晶体管模型。1970年，随着技术的发展，CCII（Current-Complementary Input-Output Inverter，电流互补输入输出开关）成为更通用的第二代器件，它在设计中通常采用双极型BJT（如BJT晶体管），相对于CMOS器件，具有更高的跨导特性。 电流反馈运算放大器，如MAX4112这样的低功耗放大器，是CCI的一个典型应用。与传统的电压反馈运算放大器不同，电流反馈放大器不受增益带宽积的严格限制，因此能够在高频范围内提供更宽的频带，特别适合那些传统运算放大器难以满足的高速应用需求。例如，在射频混频器、高频精密整流器以及医疗领域，如电阻抗断层成像系统（Electrical Impedance Tomography, EIT）中，CCI电流传输器发挥着关键作用。 在电路设计上，双极型CCII（如图1所示）可以作为一个理想晶体管来理解，其结构包括基极/栅极Y，发射极/源极X，以及集电极/漏极Z。这种结构利用BJT的高跨导和Early电压优势，使得CCII可以作为高效的源极跟随器，即增益X/Y接近1，而Z的输出阻抗非常高，这是CMOS电路难以比拟的。 相比之下，CMOS源极跟随器由于gm（跨导）和Early电压较低，导致增益相对较低。在实际应用中，如使用TSMC0.18微米工艺，即使在1kΩ负载下，典型的仿真增益也只有约0.7，远低于理想的1，损失了大约30%的输出增益。为了模拟理想增益为1的源极跟随器，可以通过不带缓冲的放大器（图2a）与CCII结构结合（图2b），其中M2和M4形成电流镜，通过调整M1来控制电流，实现CCII电流传输器的功能。 总结来说，CCI电流传输器在现代电子设计中扮演着重要的角色，尤其在高性能、高频率应用中，其优越的电流控制特性使其在许多领域有着广泛的应用潜力。