3.10开关电容(SC)滤波器
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1 / 9'. 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。
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 f
S，
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。
3.10.1开关电容工作原理 开关电容工作原理
* 2 / 9'.
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参数造成影响。
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
H(s) 1 sRG sCfSC1
C 1 1 C
^fs s，积分常数-C
；f
s，由于开关频率
SC反相积分器的寄生电容分布 3 / 9'. 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
所以未画出，图中只画出了由开关改造带来的新寄生电容 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。
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
3.差分积分器
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。
1——II―
-a + + —
-R r~i—L
R等效
C2 f S
R，H(s) 1 s( R)C1
% > X T
+
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,
C. 4 / 9'.
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，
④节点： 3 saCzVin SC2V0 0
R5
H(s) 2f sC1 V2 C
1fs
C2
sC1 fs(V2 VJ
其中R
1
K1C1f s K1C1 5
R4 K4C1 fs
K4C
/ 5
©Czfs K 5C2
②节点：Vm(
1
R1
sK2C1) Vo(1
R4
sK6C1) sC1V3
4.开关电容二阶通用滤波器 F. 0
等效电路 5 / 9'.
2 2 K3S s oafs KKfs
s2 s aafs
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
基本组成：运放级、求和级、两个 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。
H(s) Vo
vn
2 K3 s2 3 s K2 K1 K5
s」s K6 K4
K5
K3S2 s K2K5 K1K5
s2 s K6K5 K4K5
1 fsK6K：, Q 0 fS . K4K5，Q
I 集咸恥滂液器基水绪构_ 6 / 9'.
------------------ l=F % Q
(1) C9
工祚撲i.i-（?
）
■
工件横式1-（3
）
pl r
Xftft 式 1— (4) □
7 ( A 7 —
£11 工作摸式1-
（5） 7 / 9'.
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。 8 / 9'. 3. 工作模式三：在工作模式二基础上去掉求和级反馈。9 / 9'. 喝 a
■1 l -------- * *
工作揍式All)
工作樓戎4 I 2
) 10 / 9'.
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
:
V4
V5
电Vin R1 V3 Vin K V4 S X S 电V
5
R3
V6
H6
（S）
V6
V
.
H5
（S）
V5
V.
R2 / 2
仁1）K
S 空 K K2 R
3
R2
（R 1）K
&K K2 R3
LPF BPF H3
（S）
V3
Vin
R2 Ri R2 R3 S（R1 1）K K2 R2
Ri
2 R2 R1 S R3 R
3
S2 S -R^
K K2
R3
R2
（百
1） KS K
2
当昱_ R3 R2 単（亍1） R3 R1 R R3
时, 即
: R
2
2
Ri 2 1时，可以实现APF。
