10开关电容SC滤波器

1、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12 / 9'.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，电源提供给

2、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)1sRGsCfSC1C11 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。但是依赖于集

3、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的性能及

4、参数造成影响。SC反相积分器的寄生电容分布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对寄生电容不灵敏的反相积分器与前例电路相似的由制造Si、C1、C2带来的寄生电容因为不影响积分常数,所以未画出，图中只画出了由开关改造带来

5、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，所以也不影响转移函数。2.对寄生电容不敏感的同相积分器开关位置与反相积分器不同。1II-a +C.-R riL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R等效C2 f SR，H(s)1s( R)C13.差分积分器%>XT+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，H(s)2fsC1V2C1fsC2sC1fs(V2VJ4.开关电容二阶通用滤波器F.0等效电路其中R1

6、K1C1f sK1C1 5R4K4C1 fsk4c/5©CzfsK 5C2节点：Vm(1R1sK2C1)Vo(1R4sK6C1) sC1V3节点：3saCzVinSC2V00R5H(s)Vovn2 K3s2 3 s K2 K1 K5ss K6K4K5K3S2s K2K5 K1K5s2s K6K5K4K52 2K3Ss oafsKKfss2 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I集咸恥滂液器基水绪构_基本组成：运放级、求和级、两

7、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 7£11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