HPMX3001開關(guān)電容濾波器的基本原理,(a)有源RC積分器 (b)開關(guān)電容積分器 (c)兩相時鐘(d)在φl為高電平時,vI向C1充電 (e)在φ2為高電平時,Cl向C2放電gcl=ClvI.

而在φ2為高電平期間,TI截止、T2導(dǎo)通。于是C1轉(zhuǎn)接到運放的輸入端,如圖9.4.1e所示。此時C1放電,所充電荷gcl傳輸?shù)紺2上。

由此可見,在每一時鐘周期rc內(nèi),從信號源中提取的電荷qc1=cluI供給了積分電容器C2。因此,在節(jié)點1、2之間流過的平均電流為

iav=c1u1/tc

如果tc足夠短,可以近似認(rèn)為這個過程是連續(xù)的,因而可以在兩節(jié)點之間定義一個等效電阻Req’即      req=ui/iav和req=tc/c1

這樣,就可得到一個等效的積分器時間常數(shù)t,即

t=C2req=rcc2/c1       (⒐⒋2)

顯然,影響濾波器頻率響應(yīng)的時間常數(shù)取決于時鐘周期rc和電容比值C2/C1,而與電容的絕對值無關(guān)。在MOS工藝中,電容比值的精度可以控制在0.1%以內(nèi)。這樣只要合理選用時鐘頻率(如100 kHz)和不太大的電容比值(如10),對于低頻應(yīng)用來說,就可獲得合適的大時間常數(shù)(如10ˉ4s)c

單片集成開關(guān)電容濾波器簡介,自1978年以來,國外已批量生產(chǎn)了各種開關(guān)電容濾波器,在脈沖編碼調(diào)制(PCM①)通信、語言信號處理等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)筆者所知,僅美國就有RETICON、MAXiM、Linear Technology等多家公司生產(chǎn)各種開關(guān)電容濾波器。目前生產(chǎn)品種和數(shù)量多、性能好、頻率和相位特性最佳的是Linear Tech-nology公司�！面以該公司的產(chǎn)品為例作一簡單介紹。

美國Linear Technology公司生產(chǎn)通用型(可組合為低通、高通、帶通等)和低通型開關(guān)電容濾波器。例如通用型的含LTC 1064:8階、fo=0.1~140 kHz、fcpm\=7 MHz;當(dāng)fcP=1 MHz時,時鐘饋通噪聲電壓峰一峰值為yx.ycP F=0,2mV。LTC1164為8階,幾=0.1~20 kHz,低功耗,yimax=500 kHz。低通型有

十余種,大部分均是8階的,其中LTC 1064-1和LTC1064-4的衰減特性達(dá)72 dB/倍頻程和80 dB/倍頻程;LTC1064-3、LTC1064-5等五種8階低通濾波器均具有線性相位特性,在通帶內(nèi)的相位特性非線性誤差在±0.5°~±0.7°。特別值得指出的是,目前開關(guān)電容濾波器I作頻率正向著高頻方向發(fā)展,而寬帶噪聲比20世紀(jì)80年代初的開關(guān)電容濾波器約小兩個數(shù)量級,某些型號的產(chǎn)品已能對微伏數(shù)量級的有用信號進(jìn)行濾波。

總之,開關(guān)電容濾波器的濾波特性決定于電容比和時鐘頻率,可實現(xiàn)高精度和高穩(wěn)定濾波,同時便于集成。這些是RC有源濾波器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及的。目前集成開關(guān)電容濾波器除工作頻率還不夠高外,大部分性能指標(biāo)已達(dá)到較高水平。從結(jié)構(gòu)上來看,正弦波振蕩電路就是一個沒有輸入信號的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正

PCM是PulseˉCodc Modulation的縮寫。

反饋放大電路。圖9.5.1a表示接成正反饋時,放大電路在輸入信號Xi=0時的方框圖,改畫一下,便得圖9.5.1b。由圖可知,如放大電路的輸人端(1端)外接一定頻率、一定幅度的正弦波信號Xa,經(jīng)過基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的環(huán)路傳輸后,在反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端(2端),得到反饋信號Xf,如果XF與Xa在大小和相位上都一致,那么,就可以除去外接信號凡,而將1、2兩端連接在一起(如圖中的虛線所示)而形成閉環(huán)系統(tǒng),其輸出端可能繼續(xù)維持與開環(huán)時一樣的輸出信號①。這樣,由于Xf=Xa,便有

圖9,5.1 正弦波振蕩電路的方案框圖

(a)Ir反饋放大電路的方框圖(~ri=o)

(b)正弦波振蕩電路的方框圖

式(9,5,2)稱為振幅平衡條件,而式(⒐5.3)則稱為相位平衡條件,這是正弦波振蕩電路產(chǎn)生持續(xù)振蕩的兩個條件。值得注意的是,無論是負(fù)反饋放大電路的自激條件(-AF=1)或振蕩電路的振蕩條件(AF=1),都是要求環(huán)路增益等于1,不過,由于反饋信號送到比較環(huán)節(jié)輸人端的+、一符號不同見圖圖95.1b中略去了基本放大電路的輸人阻抗J反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng).

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