开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

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这种滤波器是由开关电容网络构成的滤波器,是一种模拟滤波器的新器件。

⑴ 开关电容滤波器的基本电路

开关电容网络的基本结构与原理:电路两个节点间接有带高速开关的电容器,在开关的作用下,其效果相当于两个节点间连接的电阻。基本电路有下面两种:

开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

对并联型电路,当开关接向1时,开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)向C充电,充电电荷为开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters);当开关接向2时,C向开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)放电; 此时C上的电荷变化为开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters),假定开关的频率很高,且开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters),所以可以认为电容C的充放电是连续的,其电流也为连续 ,此时的平均电流为:开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

这电流与下图中的电流相等,因此,以很高的频率在开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)之间开关电容时,其两端相当于一只等效电阻Req开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

对串联型开关电容电路,当S接向1时,C被短路;当S接向2时,电容充电存贮电荷开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters),所以,开关S在一周内,其平均电流及电路的作用效果与并联型电路完全相同,同样可以等效成一只电阻。在实际的电路中,开关由MOS管承担。所以,其基本的开关电容网络电路为:

开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

⑵ 开关电容网络组成反相积分器

用串联型开关电容网络组成的反相积分器电路如图所示:

开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

该电路的积分时间常数为:开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

由于时间常数决定于两电容比值,及开关频率,而电容值又可以精确控制,因此,时间常数可以精确控制。

2. 一阶低通开关电容滤波器(LPSCF)

用并联型开关电容网络组成的一阶低通开关电容滤波器如图所示:

开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

电路的频率特性表达式为:开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

其中通带截止频率为:开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

所以开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

最后可得:开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters),电路的通带增益为:开关电容滤波器(SCF-Switched Capacitor Filters)

从上面分析可知,它的通带增益和通带截止频率都与两只电容的比值有关。由于集成制造工艺水平的进步,增益和截止频率都能做得十分的精确和稳定。只要改变开关频率,就能方便地改变滤波频率。所以应用非常广泛。

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