310开关电容SC滤波器.docx

1、310开关电容SC滤波器3.10开关电容（SC）滤波器用开关和电容来仿真电阻，构成的有源滤波器。适于集成制造，具有精度高、 价格低、使用方便灵活的特点。此外还有：输入阻抗高、输出阻抗低、工作频率 低（可达0.1Hz）、电路简单、易调节参数等优点。缺点是：有高频噪声产生、 动态范围限制在80dB左右、高频工作频率限制大约为 200kHz。3.10.1开关电容工作原理开关电容工作原理当开关S1、S2以较高频交替通断时，电源间歇向电容提供充电电流，从电源端看开关与电容部分相当于一个持续消耗电能的电阻。 为保证电源不会短路，S1、S2可以采用以Cs1、Cs2为触发信号的MOS型开关一个周期内，电源提供

2、给电容的电荷量：q C uS，若开关频率为fS ,则单 位时间内电源提供的电荷量Q q fS Cusfs，平均电流i q CuS fS，SC网络入端等效电阻R -Us ，如果用这样一个仿真电阻构成积分器 i Cf s这里，开关1上的电容充电电流与开关2上的电容放电电流只在时间上相差 半个周期，其他均相同。H(s)1sRGsCfSC1C 1 1 Cfs s，积分常数-C；fs，由于开关频率fs可以调节，所以积分常数是可调的，并且积分常数由容量比决定，而不再与具体电容值有关。在制造集成SC滤波器时，所用到的器件（电容、电阻、开关等）均采用 MOS技术实现，简化了制造工艺，有利于提高集成度。但是依赖

3、于集成 MOS技术制造的电容，容量很难精确控制，误差会达到30%以上，不过依赖于同种制 造工艺的电容，容量比却可以十分精确，精度可以达到 0.1%以上。因此，借助于SC来实现电阻的集成滤波器，集成度高而且很精确。当一个集成的通用滤波器器件内部需要用到多个 SC仿真电阻时， 每个仿 真电阻都有一个fS控制端，这样就衍生出了可编程SC滤波器，不改变器件结构， 通过编程指令改变滤波器的性能和参数。3.10.2寄生电容问题在SC集成滤波器中，MOS开关和电容的每个端子到地都有寄生电容存在， 寄生电容的容量无法准确估计，有时寄生电容容量可以达到电容本身的 10%，设 计器件时应当尽量避免寄生电容对滤波器

4、的性能及参数造成影响。Cp1 开关S1对地的寄生电容;Cp2 开关S1、开关S2、电容C2的上极板对地寄生电容;Cp3 电容C2下极板对地的寄生电容；Cp4 &和C1上极板对地的寄生电容；Cp5 C1下极板对地寄生电容。其中Cp1、Cp3、Cp5分别与输入电压源、短路线、输出端并联，对转移函数无影响。Cp4连接在“虚地”之间，在不考虑运放的非理想因素时，也无影响 而Cp2与C2并联，将影响积分常数1.对寄生电容不敏感的反相积分器所以未画出，图中只画出了由开关改造带来的新寄生电容 Cpi、Cp2，可见寄生电容Cpi、Cp2对电容C2的充电路径（Si闭合时）和放电路径（S2闭合时）均不产生影响，所

5、以也不影响转移函数。对寄生电容不灵敏的同相积分器对积分环节而言，SC构成的仿真电阻%XT+3.差分积分器节点：Vm(1R1sK2C1)Vo(1R4sK6C1) sC1V3可以使用叠加定理分析。V1单独作用时，V2=0,积分器为反相积分；当V2 单独作用时，V1 =0，积分器是同相积分。所以，等效电路节点：3 saCzVin SC2V0 0R52 2K3S s oafs KKfss2 s aafs1fsK6K：, Q0 fS . K4K5，Q式中K参数均为电容比值，滤波器特征参数只与电容比有关。7:，通过适当设计Ki、K2、K3可以实现不同种类的滤波器3.10.3通用SC滤波器基本组成：运放级、

6、求和级、两个 SC积分器（积分常数K可以由时钟频 率控制），内置开关S （可以由外部控制）。有2个输入端子，3个输出端子。通用集成SC滤波器通过适当的外部连接可以实现各种不同的滤波特性。使用非常灵活。以外接反馈环路的不同分三种工作模式来讨论。1.工作模式一：从V3、V5引入到运放输入端的反馈，同时从 V6接负反馈 到求和级。 l=F% Q(1)C9工祚撲i.i-（?）工件横式1-（3）plrXftft 式 1 (4)7 (A 711工作摸式1- （5）2.工作模式二：在模式一的基础上，再增加从 V6到运放输入端的反馈。3.工作模式三：在工作模式二基础上去掉求和级反馈。喝 a1 l * *工作揍式All)工作樓戎4 I 2)4.工作模式四：改变输入信号接法分析工作模式4（1）的转移函数0例:V4V5电VinR1V3 VinKV4SXS电V5R3V6H6（S）V6V.H5（s）V5V.R2/ 2仁1）Ks 空 K K2 R3R2（R 1）K &K K2 R3LPFBPFH3（s）V3VinR2RiR2R3S（R11）KK2R2Ri2 R2 R1sR3 R3s2 s -R K K2R3R2（百 1） KS k2当昱_R3R2単（亍1）R3 R1RR3时,即:R22Ri 21时，可以实现APF。