Ch6開關(guān)電容積分器

1、實用標準文案3.10開關(guān)電容SQ濾波器用開關(guān)和電容來仿真電阻,構(gòu)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(guān)電容工作原理開關(guān)電容工作原理當開關(guān)S、&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(guān)與電容局部相當于一個持續(xù)消耗電能的電阻. 為保證電源不會短路,S1、S2可以采用以Csi、Cs2為觸發(fā)信號的MO到開關(guān)一個周期內(nèi),電源提供應(yīng)電容的電荷量：q

2、= C us ,假設(shè)開關(guān)頻率為fs ,那么單 位時間內(nèi)電源提供的電荷量 Q = q fs =CuS fs ,平均電流i =申=Cus fs ,u 1SC網(wǎng)絡(luò)入端等效電阻R = t =,如果用這樣一個仿真電阻構(gòu)成積分器如 iCfs下列圖:開關(guān)電容反相積分器這里,開關(guān)1上的電容充電電流與開關(guān)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.文檔實用標準文案H(s)二-sRCis CfsC1C11 八 ,1fs積分常數(shù)sCfs ,由于開關(guān)頻率C1fs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(guān).在制造集成SC濾波器時,所用到的器件電容、電阻、開關(guān)等均采用MO

3、S 技術(shù)實現(xiàn),簡化了制造工藝,有利于提升集成度.但是依賴于集成MO敦術(shù)制造 的電容,容量很難精確限制,誤差會到達 30犯上,不過依賴于同種制造工藝的 電容,容量比卻可以十分精確,精度可以到達 0.1%以上.因此,借助于SC來實 現(xiàn)電阻的集成濾波器,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fs限制端,這樣就衍生出了可編程SC濾波器,不改變器件結(jié)構(gòu), 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,MOSf關(guān)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到達電容本

4、身的10%設(shè)計器件時應(yīng)當盡量防止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Cm一開關(guān)Si對地的寄生電容;Cp2開關(guān)Si、開關(guān)&、電容G的上極板對地寄生電容；Cp3電容.下極板對地的寄生電容；Cp48和G上極板對地的寄生電容；Cp5Ci下極板對地寄生電容. p p其中Cp1、Cp3、Cp5分別與輸入電壓源、短路線、輸出端并聯(lián),對轉(zhuǎn)移函文檔實用標準文案數(shù)無影響.Cp4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Cp2與.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 S、C、G帶來的寄生電容由于不

5、影響積分常數(shù),所以未畫出,圖中只畫出了由開關(guān)改造帶來的新寄生電容C" C；2,可見寄生pp.電容C；1、C；2對電容G的充電路徑S閉合時和放電路徑&閉合時均不產(chǎn) p p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(guān)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(gòu)成的仿真電阻R等效C2 fs=- R, H(s) = -1 s(R)CiC_ fsCi S3 .差分積分器文檔差分積分落實用標準文案可以使用疊加定理分析.V1單獨作用時,W=0,積分器為反相積分；當 M 單獨作用時,Vi =0,積分器是同相積分.所以,C2C2C2H(s) =

6、一 fs V2 一- fs V1fs(V2-V1)sCsCisCi4 .開關(guān)電容二階通用濾波器二階開關(guān)電容濾波器vo等效電路其中Ri =1KiCifs1KG fsiK5c2fsiKsCT節(jié)點：Vin(i - i 一- -sKzCi) Vo(sK6Ci) sCiV3 =0RiR4節(jié)點：sK3c2Vin sC2Vo = 0文檔實用標準文案VH (s)二一 V2 K3s23 s K2K1K5c2 11ns2 s K6 K4K5642K3s2s K2K5K1K52s2s K6K5K4K52-_ 2K3s s K2K5fsKiK5fss2s K6K5fsK4K5f；式中K參數(shù)均為電容比值,濾波器特征參數(shù)

7、只與電容比有關(guān).80 = fS%：K4K5,=fsK6K5,QQKi、K2、K3可以實現(xiàn)不同種類的濾波器3.10.3 通用SC濾波器1集成8c漏波爨根本結(jié)構(gòu)根本組成：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 限制,內(nèi)置開關(guān)S 可以由外部限制.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.以外接反應(yīng)環(huán)路的不同分三種工作模式來討論.1 .工作模式一：從V3、M引入到運放輸入端的反應(yīng),同時從 花接負反應(yīng) 到求和級.文檔實用標準文案工作模式1-21工作模式1-13此I QRi工作模式1-4此to工作模式5文檔實用標準文案2 .工作模式二：在模式一的根底上,再增加從 V6到運放輸入端的反應(yīng)3.文檔工作模式2- I工作模式2-工作模式三：在工作模式二根底上去掉求和級反應(yīng)實用標準文案工作模式3- ( I )文檔實用標準文案4.工作模式四：改變輸入信號接法工作模式4-(1)工作模式4- ( 3)例：分析工作模式4-(1)的轉(zhuǎn)移函數(shù)V43R2R3V5sV5(2 1)KV6RiH6(s)- = 1- LPFVins2 s R2 K K2-3s (R2 1)KH 5 (s) = -5- = - - BP