开关电容滤波器 (开关电容滤波器实验)

开关电容滤波器是由MOS电容、开关和运放组成，其整体结构简单、制造简易、价廉，性能较好，大有取代一般滤波器的趋势。

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(a)有源RC积分器(b)开关电容积分器(c)两相时钟(d)在f1为高电平时，vI向C1充电（e)在f2为高电平时，C1向C2放电图1开关电容滤波器的基本原理是，电路的两节点间接有带高速开关的电容器，其效果相当于该两节点间连接一个电阻。图1a所示是一个有源RC积分器。在图b中，用一个接地电容C1和用作开关的源、漏极可互换的增强型MOS三极管T1、T2来代替输入电阻R1（注意此处T1、T2用的是简化符号）。图中T1、T2用一个不重叠的两相时钟脉冲来驱动（见图1c。假定时钟频率fc(=1/Tc)远高于信号频率，那么，在f1为高电平时，T1导通而T2截止[见图1d]。此时C1与输入信号vI相连，即有：qC1=C1vI而在f2为高电平时，T1截止，T2导通。于是，C1转接到运放的输入端，如图e所示。此时，C1放电，将C1原来所充电荷qC1传输到C2上。由此可见，在每一时钟周期Tc内，从信号源中提取的电荷qC1=C1vI。供给了积分电容C2。因此，在节点1、2之间流过的平均电流为

如果Tc足够短，可以近似认为这个过程是连续的，因而由上式可以在两节点间定义一个等效电路Req，即

和

（1）这样，就可以得到一个等效的积分时间常数

（2）显然，影响滤波器频率响应的时间常数取决于时钟周期TC和电容比值C2/C1，而与电容的绝对值无关。在MOS工艺中，电容比值的精度可以控制在0.1%以内。这样，只要选用合适的时钟频率（如fc=kHz），和不太大的电容比值（如），对于低频率应用来说，就可获得合适的时间常数（如–4s）。