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开关电容低通滤波器的设计

2012-09-26刘诗斌

电子设计工程 2012年8期
关键词:信号设计

常 杰,刘诗斌

(西北工业大学 陕西 西安 710129)

滤波技术是信号分析和处理中的重要分支,它的作用是从接收到的信号中提取有用的信息,抑制或消除无用的或有害的干扰信号,有助于提高信号完整度和系统稳定性。滤波器正是采用滤波技术的具有一定传输选择性的信号处理装置。随着现代集成电路技术和MOS工艺的飞速发展,模拟集成滤波器的实现已经成为现代工业的一个重大课题[1],也是当今国际上的前沿课题。

传统的连续时间模拟滤波器采用有源RC结构,能够应用到较高的频率,但是电路中多采用大电容和大电阻,在集成电路制造时会占用大量的芯片面积。在现代集成电路工艺中,很难得到精确的电阻值和电容值,而且电阻值随温度变化很大,精度只能达到30%。

1972年,美国科学家Fried发表了用开关和电容模拟电阻R的论文,由此开关电容技术成为模拟集成滤波器设计中常用的方法。开关电容滤波器是由运算放大器、电容器和MOS开关组成的有源开关电容网络,以数据采样技术代替大电阻,减小了芯片的面积和功耗,且电路的极点和时间常数由电容的比值确定,可实现高精度的模拟集成滤波器[2]。本文设计一种开关电容低通滤波器,用于滤除有用信号中掺杂的高频噪声。

1 开关电容技术的原理

图1中的开关电容等效电阻电路由两个独立的电压源V1、V2,两个受控开关S1、S2和电容 C组成[3]。 开关 S1和 S2受两相不交叠的时钟φ1和φ2控制,时钟频率均为fs。

图1 开关电容等效电阻电路Fig.1 Switched-capacitor equivalent resistance circuit

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