Ch3-6開關電容積分器

1、3.10 開關電容（SC）濾波器用開關和電容來仿真電阻，構成的有源濾波器。適于集成制造，具有精度高、價格低、使用方便靈活的特點。此外還有：輸入阻抗高、輸出阻抗低、工作頻率低（可達0.1Hz）、電路簡單、易調(diào)節(jié)參數(shù)等優(yōu)點。缺點是：有高頻噪聲產(chǎn)生、動態(tài)范圍限制在80dB左右、高頻工作頻率限制大約為200kHz。3.10.1 開關電容工作原理 開關電容工作原理當開關S1、S2以較高頻交替通斷時，電源間歇向電容提供充電電流，從電源端看開關與電容部分相當于一個持續(xù)消耗電能的電阻。為保證電源不會短路，S1、S2可以采用以、為觸發(fā)信號的MOS型開關。一個周期內(nèi)，電源提供給電容的電荷量：，若開關頻率為，則單位

2、時間內(nèi)電源提供的電荷量，平均電流，SC網(wǎng)絡入端等效電阻，如果用這樣一個仿真電阻構成積分器如下圖：開關電容反相積分器這里，開關1上的電容充電電流與開關2上的電容放電電流只在時間上相差半個周期，其他均相同。，積分常數(shù)，由于開關頻率可以調(diào)節(jié)，所以積分常數(shù)是可調(diào)的，并且積分常數(shù)由容量比決定，而不再與具體電容值有關。在制造集成SC濾波器時，所用到的器件（電容、電阻、開關等）均采用MOS技術實現(xiàn)，簡化了制造工藝，有利于提高集成度。但是依賴于集成MOS技術制造的電容，容量很難精確控制，誤差會達到30%以上，不過依賴于同種制造工藝的電容，容量比卻可以十分精確，精度可以達到0.1%以上。因此，借助于SC來實現(xiàn)電

3、阻的集成濾波器，集成度高而且很精確。當一個集成的通用濾波器器件內(nèi)部需要用到多個SC仿真電阻時， 每個仿真電阻都有一個控制端，這樣就衍生出了可編程SC濾波器，不改變器件結構，通過編程指令改變?yōu)V波器的性能和參數(shù)。3.10.2 寄生電容問題在SC集成濾波器中，MOS開關和電容的每個端子到地都有寄生電容存在，寄生電容的容量無法準確估計，有時寄生電容容量可以達到電容本身的10%，設計器件時應當盡量避免寄生電容對濾波器的性能及參數(shù)造成影響。SC反相積分器的寄生電容分布開關S1對地的寄生電容；開關S1、開關S2、電容C2的上極板對地寄生電容；電容C2下極板對地的寄生電容；S2和C1上極板對地的寄生電容；C1

4、下極板對地寄生電容。其中、分別與輸入電壓源、短路線、輸出端并聯(lián)，對轉(zhuǎn)移函數(shù)無影響。連接在“虛地”之間，在不考慮運放的非理想因素時，也無影響。而與C2并聯(lián)，將影響積分常數(shù)。1. 對寄生電容不敏感的反相積分器對寄生電容不靈敏的反相積分器與前例電路相似的由制造S1、C1、C2帶來的寄生電容因為不影響積分常數(shù)，所以未畫出，圖中只畫出了由開關改造帶來的新寄生電容，可見寄生電容對電容C2的充電路徑（S1閉合時）和放電路徑（S2閉合時）均不產(chǎn)生影響，所以也不影響轉(zhuǎn)移函數(shù)。2. 對寄生電容不敏感的同相積分器開關位置與反相積分器不同。 對寄生電容不靈敏的同相積分器對積分環(huán)節(jié)而言，SC構成的仿真電阻，3. 差分積

5、分器可以使用疊加定理分析。V1單獨作用時，V2=0，積分器為反相積分；當V2單獨作用時，V1 =0，積分器是同相積分。所以，4. 開關電容二階通用濾波器等效電路其中，節(jié)點：節(jié)點：式中K參數(shù)均為電容比值，濾波器特征參數(shù)只與電容比有關。 ，通過適當設計、可以實現(xiàn)不同種類的濾波器。3.10.3 通用SC濾波器基本組成：運放級、求和級、兩個SC積分器（積分常數(shù)K可以由時鐘頻率控制），內(nèi)置開關S（可以由外部控制）。有2個輸入端子，3個輸出端子。通用集成SC濾波器通過適當?shù)耐獠窟B接可以實現(xiàn)各種不同的濾波特性。使用非常靈活。以外接反饋環(huán)路的不同分三種工作模式來討論。1. 工作模式一：從V3、V5引入到運放輸入端的反饋，同時從V6接負反饋到求和級。2. 工作模式二：在模式一的基礎上，再增加從V6到運放輸入端