第二章輸入輸出通道及接口技術

第二章輸入輸出通道及接口技術數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構傳感器的選擇及信號放大電路信號濾波電路A/D轉(zhuǎn)換器及接口技術開關量輸入通道模擬量輸出通道

開關量輸出通道

智能儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡稱DAS（DataAcquisitionSystem），是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量進行采集、量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以便由計算機進行存儲、處理、顯示或打印的裝置。除數(shù)字傳感器外，大多數(shù)傳感器都是將模擬非電量轉(zhuǎn)換為模擬電量，而且這些模擬電量通常不宜直接用數(shù)據(jù)采集電路進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，還需進行適當?shù)男盘栒{(diào)理。本章將就上述內(nèi)容展開討論。2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構

一般說來，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路三部分組成，如下圖所示。傳感器模擬信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集電路微機系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般需要同時測量多種物理量（多參數(shù)測量）或同一種物理量的多個測量點（多點巡回測量）。因此，多路模擬輸入通道更具有普遍性。按照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路是否各路共用一個還是每路各用一個A/D，多路模擬輸人通道可分為共享A/D采集式和獨立A/D采集式兩大類型。2.1.1共享A/D采集式共享A/D采集式多路模擬輸人通道的典型結(jié)構有分時采集型和同步采集型兩種，如圖所示。（A）多路分時采集分時輸入結(jié)構（B）多路同步采集分時輸入結(jié)構2.1.2獨立A/D采集式獨立采集式的特點是每一路信號一般都有一個S/H和A/D，因而也不再需要模擬多路切換器(MUX),如下圖所示。2.1.3分布采集式2.2傳感器的選擇及信號調(diào)理電路

在一般測量系統(tǒng)中信號調(diào)理的任務較復雜，除了實現(xiàn)物理信號向電信號的轉(zhuǎn)換、小信號放大、濾波外，還有諸如零點校正、線性化處理、溫度補償、誤差修正和量程切換等，這些操作統(tǒng)稱為信號調(diào)理相應的執(zhí)行電路統(tǒng)稱為信號調(diào)理電路。典型調(diào)理電路的組成框圖

前置放大器濾波器至采集電路傳感器

在智能儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，許多原來依靠硬件實現(xiàn)的信號調(diào)理任務都可通過軟件來實現(xiàn)，這樣就大大簡化了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中信號輸入通道的結(jié)構。信號輸入通道中的信號調(diào)理重點為小信號放大、信號濾波等。隨著計算機運算能力的提高以及數(shù)字信號處理技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)通道中的去噪處理一般通過軟件來解決，故本章主要針對傳感器和前置放大兩部分加以闡述。2.2.1傳感器及其選擇傳感器是信號輸人通道的第一道環(huán)節(jié)，也是決定整個測試系統(tǒng)性能的關鍵環(huán)節(jié)之一。要正確選用傳感器，首先要明確所設計的測試系統(tǒng)需要什么樣的傳感器——系統(tǒng)對傳感器的技術要求；其次是要了解現(xiàn)有傳感器廠家有哪些可供選擇的傳感器，把同類產(chǎn)品的指標和價格進行對比，從中挑選合乎要求的性能價格比最高的傳感器。

傳感器的選擇應滿足以下主要技術要求：

①具有將被測量轉(zhuǎn)換為方便后續(xù)電路可用電量的功能，轉(zhuǎn)換范圍與被測量實際變化范圍相一致；②轉(zhuǎn)換精度符合整個測試系統(tǒng)根據(jù)總精度要求而分配給傳感器的精度指標，轉(zhuǎn)換速度應符合整機要求。(一般應優(yōu)于系統(tǒng)精度的十倍左右)；③能滿足被測介質(zhì)和使用環(huán)境的特殊要求。如耐高溫、耐高壓、防腐、抗振、防爆、抗電磁干擾、體積小、質(zhì)量輕和不耗電或耗電少等。；④能滿足用戶對可靠性和可維護性的要求。

可供選用的傳感器類型

對于一種被測量，常常有多種傳感器可以測量，例如測量溫度的傳感器就有：熱電偶、熱電阻、半導體PN結(jié)、IC溫度傳感器、光纖溫度傳感器等。在都能滿足測量范圍、精度、速度、使用條件等情況下，主要應考慮成、相配電路是否簡單等因素，盡可能選擇性能價格比高的傳感器。

因此應根據(jù)以上要求，傳感器的選用主要從以下幾方面進行。

1）類型的選擇要進行一個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮，具體包括：量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方式是有線還是非接觸測量；傳感器的來源是國產(chǎn)、進口還是自行研制；價格能否承受等。2）精度的選擇精度是傳感器的一個重要的性能指標，精度的選擇是關系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格也越昂貴。因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求即可，不必選得過高，這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。如果測量的目的是為了進行定性分析，則選用重復精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的傳感器；如果測量的目的是為了進行定量分析，則必須獲得精確的測量值，因此需選用精度等級能滿足要求的傳感器3）靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號的處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，外界噪聲也容易混入，影響測量精度。因此，同時要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號。

4）頻率響應特性的選擇傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許的頻率范圍內(nèi)保持不失真地測量。實際傳感器的響應總有一定的延遲，希望延遲時間越短越好。一般情況下，如果傳感器的固有頻率高，頻帶寬，則可測量的信號頻率范圍就寬。在動態(tài)測量中，應保證傳感器對被測信號的動態(tài)響應特性滿足要求，以免產(chǎn)生過大的誤差。

5）線性范圍的確定

傳感器的線性范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。從理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后，首先要看其量程是否滿足要求。

但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求的測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看做線性的，這會給測量帶來極大的方便。

6）穩(wěn)定性的選擇

傳感器使用一段時間后，其性能保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器穩(wěn)定性的因素除了傳感器本身的結(jié)構外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，必須使傳感器有較強的環(huán)境適應能力。在選擇傳感器之前，應對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標，超過使用期后，在使用前應重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器的穩(wěn)定性要求更嚴格，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗。

6）穩(wěn)定性的選擇

傳感器使用一段時間后，其性能保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器穩(wěn)定性的因素除了傳感器本身的結(jié)構外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，必須使傳感器有較強的環(huán)境適應能力。在選擇傳感器之前，應對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標，超過使用期后，在使用前應重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器的穩(wěn)定性要求更嚴格，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗。2.2.2信號的前置放器

多數(shù)傳感器輸出信號都比較小，必須選用前置放大器進行放大。判斷傳感器信號“大”還是“小”和要不要進行放大的依據(jù)又是什么？放大器為什么要“前置”,即設置在調(diào)理電路的最前端？前置放大器的放大倍數(shù)應該多大？VIN前置放大器K0后級電路KVISVIN0VOSVON前置放大器的作用

由于電路內(nèi)部有這樣或那樣的噪聲存在，使得電路在沒有信號輸入時，輸出端仍存在一定幅度的波動電壓，這就是電路的輸出噪聲。VON：后級輸出噪聲（有效值）VIN：后級等效輸入噪聲VIS：輸入信號VIN0：等效輸入噪聲總輸出噪聲：總等效輸入噪聲：

假設不設置前置放大器，輸入信號剛好被電路噪聲淹沒，即VIS=VIN

，加入前置放大器后，為使輸入信號VIS不再被電路噪聲淹沒，即，就必須即：解得：

可見，為使小信號不被后續(xù)電路的噪聲所淹沒，在后續(xù)電路前端必須加入放大倍數(shù)K0>1的放大器，而且加入的放大器必須是低噪聲的，即該放大器本身的等效輸入噪聲必須比其后級電路的等效輸入噪聲低。兩種調(diào)理電路的對比

在信號調(diào)理電路中為了減小噪聲，去除不需要的信號，提高調(diào)理電路的信噪比，一般還需要對信號進行濾波。

由于K＞1,所以，，這就是說，調(diào)理電路中放大器設置在濾波器前面有利于減少電路的等效輸入噪聲。

濾波器后置的等效輸入噪聲

濾波器前置的等效輸入噪聲2.2.3信號調(diào)理通道中的常用放大器

智能儀器的信號調(diào)理通道中，針對被放大信號的特點，并結(jié)合數(shù)據(jù)采集電路的現(xiàn)場要求，目前使用較多的放大器有通用集成運算放大器、儀表放大器、程控增益放大器以及隔離放大器等。1）通用集成運算放大器集成運算放大器一般由偏置電路、差動輸入電路、中間放大級、輸出級（輸出及過載保護）電路組成。輸入級：作用是提供與輸出端成同相或反相關系的兩個輸入端。偏置電路：向各級提供穩(wěn)定的靜態(tài)工作電流。中間級主要完成電壓放大任務。輸出級：向負載提供一定的功率,屬于功率放大。常用的通用集成運算放大器有：LM741、LM358、LM324、LF356、LF358、LF347、OP07、OP37。（1）主要集成運算放大器技術指標開環(huán)增益Av

在標準的電源電壓和規(guī)定的負載電阻條件下，放大器開環(huán)時輸出電壓增量與輸入電壓增量之比，定義為開環(huán)增益Av：

Av＝ΔVo/ΔVi

或 Av＝20lgΔVo/ΔVi(dB)

一股希望其值越大越好，目前常用的集成電路開環(huán)增益一般應大于80dB。

輸入失調(diào)電壓Vos

在室溫(25℃)及標準電源電壓下，輸入電壓為零時，為使集成運放的輸出電壓為零，而在輸入端加的補償電壓叫輸入失調(diào)電壓，這個值是越小越好，一般Vos約為0.5～5mV。輸入偏置電流IB和輸入失調(diào)電流Ios

當輸出電壓為零時,流入放大器兩個輸入端的電流平均值即為輸入偏置電流IB

，這是—項重要指標，一般希望IB越小越好，這樣可以減少由十信號源內(nèi)阻變化而引起輸出電壓的變化，其值—般為1nA～100uA。輸入失調(diào)電流則是指在上述情況下二個輸入端電流的差值。由于信號源內(nèi)阻存在，Ios會引入一輸入電壓，破壞放大器平衡，因此希望Ios也是越小越好。

溫度漂移放大器的溫漂主要由輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流引起，輸入失調(diào)電壓溫漂是對集成運放電壓漂移待性的量度，一般在1～50uA／℃，高質(zhì)量低溫漂運放可到小于0.5uA／℃。輸入失調(diào)電流溫漂是對放大器電流漂移的量度，高質(zhì)量的運放每度只有幾個PA。

最大差模輸入電壓Vidmax

放大器的反相和同相輸入端所能承受的最大電壓位。超過這個電壓，將可能導致三極管擊穿而使運放性能惡化或永久性損壞。

最大共模輸入電壓Vicmax

超過Vicmax值，將導致運放共模抑制比顯著下降時，其值—般是指使運放在作電壓跟隨器時，使輸出電壓產(chǎn)生1％跟隨誤差的共模輸入電壓值。共模抑制比CMRR

在開環(huán)狀態(tài)下，運放的差模電壓增益Avd與共模電壓增益Avc之比稱共模抑制比:CMRR＝Avd／Avc。它表示運放對共模信號的抑制能力，其值應越大越好，一般在60～130dB。差模輸入電阻Rid

運放開環(huán)時，二個輸入端差模電壓的變化量ΔVi與由它所引起的電流變化量ΔIi之比，稱為差模輸入電阻Rid，其值一肢在幾十千歐到幾兆歐左右。

開環(huán)輸出電阻Ro

運放開環(huán)時，其輸出級輸出電阻，用Ro表示。Ro的大小表示了運放的負載驅(qū)動能力。上升速率SR

運放在大幅度信號的作用下，輸出電壓隨時間的最大變化率稱上升速率或轉(zhuǎn)換速率：SR＝dVo／dt｜rmax(V／us)

一般常用運放速率在0.1～100mV／us，高速運放則可達500一1000V／us。

是運放輸出最大不失真正弦電壓振幅。實際上限制了運放電路在大信號工作時的最高輸出正弦信號的頻率。

全功率帶寬在正弦電壓作用下，如運放接成單位增益，且處于全功率輸出狀態(tài)，這時繼續(xù)增加正弦電壓頻率，當輸出信號失真達到規(guī)定值時對應的正弦頻率為全功率帶度，用fp表示。（2）基本電路

反向放大器、同向放大器、差動放大器及跟隨器。

（3）基本調(diào)零電路

2.2.4儀用放大器（測量放大器）儀用放大器的基本結(jié)構

儀用放大器上下對稱，即圖中R1=R2，R4=R6，R5＝R7。則放大器閉環(huán)增益為：假設R4=R5，即第二級運算放大器增益為1，則可以推出儀用放大器閉環(huán)增益為：由上式可知，通過調(diào)節(jié)電阻RG，可以很方便地改變儀用放大器的閉環(huán)增益。當采用集成儀用放大器時RG一般為外接電阻。

儀用放大器的主要技術指標

1）非線性度

它是指放大器實際輸出輸入關系曲線與理想直線的偏差。當增益為1時，如果一個12位A/D轉(zhuǎn)換器有0.025%的非線性偏差，當增益為500時，非線性偏差可達0.1%，相當于把12位A/D轉(zhuǎn)換器變成10位以下轉(zhuǎn)換器，故一定要選擇非線性偏差小于0.024%的儀用放大器。

2）溫漂

溫漂是指儀用放大器輸出電壓隨溫度變化而變化的程度。通常儀用放大器的輸出電壓會隨溫度的變化而發(fā)生(1~50)V/℃變化，這與儀用放大器的增益有關。3）建立時間建立時間是指從階躍信號驅(qū)動瞬間至儀用放大器輸出電壓達到并保持在給定誤差范圍內(nèi)所需的時間。

4）恢復時間恢復時間是指放大器撤除驅(qū)動信號瞬間至放大器由飽和狀態(tài)恢復到最終值所需的時間。顯然，放大器的建立時間和恢復時間直接影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率。

5）電源引起的失調(diào)電源引起的失調(diào)是指電源電壓每變化1%，引起放大器的漂移電壓值。儀用放大器一般用作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前置放大器，對于共電源系統(tǒng)，該指標則是設計系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的主要依據(jù)之一6）共模抑制比當放大器兩個輸入端具有等量電壓變化值UI時，在放大器輸出端測量出電壓變化值UCM，則共模抑制比CMRR可用下式計算：

CMRR也是放大器增益的函數(shù)，它隨增益的增加而增大，這是因為測量放大器具有一個不放大共模的前端結(jié)構，這個前端結(jié)構對差動信號有增益，對共模信號沒有增益。但CMRR的計算卻是折合到放大器輸出端，這樣就使CMRR隨增益的增加而增大。常用的儀用放大器

AD公司的AD521、AD522等。AD521是美國模擬器件公司(AnatosDevkes)開發(fā)的第二代測量放大器，具有高輸入阻抗，低失調(diào)電流、高共模抑制比等特點，其增益可在0.1～1000之間調(diào)整，增益的調(diào)整不需要精密的外接電阻，各種增益參數(shù)已進行了內(nèi)部補償，具有輸入輸出保護功能，有較強的過載能力。其使用溫度可在－25～+85℃，一般常用于0～70℃。AD521的主要參數(shù)：(1)電源電壓為土(5～18)V。(2)小信號帶寬：在增益G＝1時,為2MHz以上,在最大增益G＝1000時，可達40kHz，其增益帶寬為40MHz。(3)差動輸入阻抗Rid＝3×10Ω，共模輸入阻抗

Ric＝6×1010Ω。(4)失調(diào)電壓一段為2mV，最大為3mV，溫漂系數(shù)典型值為7uV／℃，最大為15uV／℃，偏置電流不超過80nA，輸入失調(diào)電流最大為20nA。(5)共模抑制比：增益G＝1時為74dB，在最大增益G＝1000時，至少可達110dB。(6)輸出電流為25mA。(7)電壓漂移最大為2uV／℃AD521典型接線圖

使用浮離式傳感器的接地回路2.2.5程控增益放大器

程控放大器是智能儀器的常用部件之一，在許多實際應用中，特別是在通用測量儀器中，為了在整個測量范圍內(nèi)獲取合適的分辨力，常采用可變增益放大器。在智能儀器中，可變增益放大器的增益由儀器內(nèi)置計算機的程序控制。這種由程序控制增益的放大器，稱為程控放大器。

程控放大器原理框圖

405l組成的程控增益放大電路

AD521構成的程控增益放大器常用的有AD524、AD624、PGA202、PGA203等。㈠PGA202/2031)PGA202/203的性能數(shù)字可編程控制增益：PGA202的增益倍數(shù)為1，10，100，1000；PGA203的增益倍數(shù)為1，2，4，8。增益誤差：G<1000

0.05％～0.15％；G=10000.08％～0.1％，詳見表1。非線性失真：G=10000.02％～0.06％?？焖俳r間：2μs?？焖賶簲[率：20V/μs。共模抑制比：80～94dB。頻率響應：G<10001MHz;G=1000250kHz。電源供電范圍：±6～±18V。PGA202/203的增益控制輸入端與TTL、CMOS電平兼容

PGA202/203內(nèi)部結(jié)構見下圖所示

2.2.6隔離放大器

隔離放大器主要用于要求共模抑制比高的模擬信號的傳輸過程中，例如輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號是微弱的模擬信號，而測試現(xiàn)場的干擾比較大對信號的傳遞精度要求又高，這時可以考慮在模擬信號進入系統(tǒng)之前用隔離放大器進行隔離，以保證系統(tǒng)的可靠性。

由于隔離放大器采用了浮離式設計，消除了輸入、輸出端之間的耦合，因此具有以下特點：1）能保護系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對低壓信號系統(tǒng)的損壞。2）泄漏電流低，對于測量放大器的輸入端無須提供偏流返回通路。3）共模抑制比高，能對直流和低頻信號（電壓或電流）進行準確、安全的測量。常用的有AD202、AD204及GF289等AD202/AD204的主要特點：低功耗：35mW(AD204)線性度：±0.025%非線性度(K級)共模抑制比：130dB帶寬：1KHz/5KHz(滿功率AD202/AD204)共模隔離電壓：±2000VPK1）工作原理

AD202/AD204是模擬器件公司的典型產(chǎn)品，其功能框圖如下圖所示。從圖中看出，該芯片由放大器、調(diào)制器、解調(diào)器、整流和濾波、電源變換器等組成。工作時，＋15V電源連到電源輸入引腳31，使片內(nèi)(AD202)振蕩器工作，從而產(chǎn)生頻率為

25kHz的載波信號，通過變壓器耦合，經(jīng)整流和濾波，在隔離輸出部分形成電流2mA的±7.5V隔離電壓。該電壓除供給片內(nèi)電源外，還可作為外圍電路(如傳感器、浮地信號調(diào)節(jié)、前置放大器)的電源。AD204電源是從33引腳用輸入時鐘提供。在輸入電路中，片內(nèi)獨立放大器能夠作為AD202/AD204輸入信號的緩沖或放大。

放大后的信號經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后能把該信號變換成載波信號，經(jīng)變壓器送入同步解調(diào)器，以致在輸出端重現(xiàn)輸入信號。由于解調(diào)信號要經(jīng)三階濾波器濾波，從而使得輸出信號中的噪聲和紋波達到最小，為后級應用電路提供良好的激勵源。(應用AD204時要使用AD246為其供電)。單位增益緩沖器

2）應用電路

增益G>1的前置放大器

GF289集成隔離放大器GF289典型接法

2.3濾波器2.3.1濾波器的分類按濾波器是否使用有源器件(放大器)來分1）無源濾波器：無源濾波器是指用無源器件如電感(L)、電容(c)和電阻(R)組成的濾波電路，如最簡單的RC低通濾波器電路。2）有源擄按器：有源濾波器是指利用放大器、電阻和電容等組成的濾波電路。

根據(jù)濾波器的選頻特性分1）低通濾波器

通頻帶為0-fC2，fC2-∞為阻帶。2）高通濾波器

通頻帶為fC1-∞，f0-fC1為阻帶。3）帶通濾波器

通頻帶為fC1-fC2，其它頻率為阻帶。4）帶阻濾波器

阻帶為fC1-fC2，其它頻率為通帶。2.3.2二階有源低通濾波器1—1020—11K—10K104—10310—1001—0.110K—100K1000—100100—1K0.1—0.01100K—1M100—101)一般根據(jù)截止頻率，選取C2的數(shù)值，再取C1=C22)R=0.1125/(f0*C2)R1=R2=R，RF=2R,Rf=∞2.3.3二階有源高通濾波器一般根據(jù)截止頻率，選取C的數(shù)值,取C1=C2=C2.3.4開關電容濾波器

開關電容電路由受時鐘脈沖信號控制的模擬開關、電容器和運算放大電路組成。開關電容電路應用MOS工藝，故尺寸小、功耗低，工藝過程簡單，易于制成大規(guī)模集成電路。開關電容電路應用：濾波器、振蕩器、平衡調(diào)制器和自適應均衡器等各種模擬信號處理電路之中?；鹃_關電容單元下圖所示為基本開關電容單元電路，當 ；當，它們分別控制電子開關。當S1閉合，S2斷開，U1對C充電，充電電荷Q1=CU1；當S1斷開，S2閉合，U2對C放電，放電電荷Q2=CU2

。設開關的周期為Tc，節(jié)點從左到右傳輸?shù)目傠姾蔀椋?/p>

ΔQ=CΔU=C(U1-U2)等效電流:I=ΔQ/Tc=C(U1-U2)/Tc

(2)開關電容濾波電路

下圖所示開關電容低通濾波器及其原型電路。電路正常工作的條件是和的頻率遠大于輸入電壓Ui的頻率

,因而開關電容單元可等效成電阻R，且R=Tc/C1，電路的通帶截止頻率f0決定于時間常數(shù)：

如果時鐘脈沖的頻率足夠高，以至于可以認為在一個時鐘周期內(nèi)兩個端口的電壓基本不變，則基本開關電容單元就可以等效為電阻，其值為：(2)開關電容濾波電路

下圖所示開關電容低通濾波器及其原型電路。電路正常工作的條件是和的頻率遠大于輸入電壓Ui的頻率

,因而開關電容單元可等效成電阻R，且R=Tc/C1，電路的通帶截止頻率f0決定于時間常數(shù)：

實際開關電容低通濾波器電路

由于是時鐘脈沖，頻率相當穩(wěn)定；而且是兩個電容的電容量之比，在集成電路制作時易于做到準確和穩(wěn)定，所以開關電容電路容易實現(xiàn)穩(wěn)定準確的時間常數(shù)，從而使濾波器的截止頻率穩(wěn)定。

MAX29X八階低通開關電容濾波器

主要特點1)時鐘可調(diào)轉(zhuǎn)角頻率范圍:0.1Hz到25KHz(MAX293/294)，0.1Hz到50KHz(MAX297)2)時鐘對轉(zhuǎn)角頻率比：

100：1(MAX293/294)，50：1(MAX297)；3)不需要另接外部電路（電阻及電容）；4)內(nèi)部或外部時鐘；5)有一個獨立的運算放大器可用于其它應用目的;6)可用單+5V電源供電也可用±5V雙電源供電；7)8腳DIP或16腳寬SO封裝。管腳說明管腳說明：

①CLK時鐘輸入；②V-雙電源：-2.375～-5.5V；單電源：V-=0V；③OPOUT獨立運放的輸出端；④