由 mos開關、電容器和運算放大器構成的一種離散時間模擬濾波器。開關電容濾波器廣泛應用於通訊系統的脈衝編碼調製。在實際應用中它們通常做成單片積體電路或與其他電路做在同乙個晶元上。通過外部端子的適當連線可獲得不同的響應特性。某些單獨的開關電容濾波器可作為通用濾波器應用。例如自適應濾波、跟蹤濾波、振動分析以及語言和**合成等。但運算放大器頻寬、電路的寄生引數、開關與運算放大器的非理想特性以及mos器件的雜訊等,都會直接影響這類濾波器的效能。開關電容濾波器的工作頻率尚不高,其應用範圍目前大多限於音訊頻段。
基本原理 最簡單的開關電容濾波器見圖1。開關k置於左邊時,訊號電壓源u
1向電容器c
1充電;k倒向右邊時,電容器c
1向電壓源u
2放電。當開關以高於訊號的頻率f
c工作時,使c
1在u1和u
2的兩個電壓節點之間交替換接,那麼c
1在u1、u
2之間傳遞的電荷可形成平均電流i=fcc
1(u1-u
2),相當於圖1a的u
1和u2之間接入了乙個等效電阻,其值為1/fcc
1。這樣,圖1a的開關電容電路就可等效於一階有源低通濾波器(圖1b),其傳遞函式為
式中ω=2πf。從上式可見,開關電容濾波器的傳遞特性取決於比值c
1/c2和開關頻率f
c。事實上,圖1b是乙個積分電路,因此,開關電容濾波器可用於模擬濾波器的相應電路,以實現lc濾波器、有源濾波器等的特性。
設計 設計開關電容濾波器的方法,大致可歸結為兩大類。一類以模擬連續濾波器為基礎,通過一定的變換關係把連續系統的網路函式變換為對應的離散時間系統網路函式,以便直接在離散時間域內精確設計。這時可把網路函式分解為低階函式,然後用開關電容電路模組通過級聯或反饋結構實現。另一類是以lc梯形濾波器為原型用訊號流圖法或阻抗模擬法以開關電容電路取代lc電路中的各支路或電阻、電感,元件之間有一一對應關係。
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