开关电容阵列滤波器的设计
开关电源EMI滤波器原理与设计
提高设备性能
EMI滤波器可以减少电磁干扰对周围 设备的影响，提高整个系统的性能和 稳定性。
EMI滤波器的分类与特点
分类
EMI滤波器根据不同的应用场景 和需求，可分为有源滤波器和无
源滤波器。
有源滤波器特点
有源滤波器通过放大电路和比较电 路实时检测干扰信号并消除，具有 较高的滤波效果，但成本较高。
无源滤波器特点
评估
通过对EMI滤波器性能的测试数据进行统计和分析，可以评 估其性能是否满足设计要求和标准。
优化建议
根据评估结果，可以提出针对性的优化建议，如改进滤波器 电路设计、选用更高性能的器件等。同时，也可以根据实际 应用场景和需求，对EMI滤波器进行定制化设计和生产。
05
EMI滤波器在开关电源中的应 用案例
01
02
03
插入损耗
滤波器对信号的衰减程度 ，通常用分贝（dB）表示 。
阻抗
滤波器对不同频率信号的 阻抗，通常用欧姆（Ω） 表示。
带宽
滤波器对信号的频率范围 ，通常用赫兹（Hz）表示 。
EMI滤波器的工作原理及作用机理
工作原理
EMI滤波器通过在电路中引入阻抗和感抗，对高频干扰信号进行抑制，从而减 小电磁干扰对电源的影响。
电设备的安全和稳定。
以上案例表明，EMI滤波器在开 关电源中具有广泛的应用，对于 提高电源性能、确保设备安全稳
定运行具有重要作用。
06
未来发展趋势与挑战
新型EMI滤波器技术的研究与发展
新型EMI滤波器技术
随着电子设备对性能和效率的要求不断提高，新型EMI滤波器技术的研究与发展成为重要趋势。这包 括研究新的滤波器结构、材料和设计方法，以提高EMI滤波器的性能和效率。
开关电容滤波器的设计
开关电容低通滤波器的设计原理分析为了滤除信号中掺杂的高频噪声，设计一种六阶级联式开关电容低通滤波器，以数据采样技术代替传统有源RC滤波器中的大电阻，有利于电路的大规模集成。
滤波器由双二阶子电路级联而成，电路中的电容值利用动态定标技术计算确定。
用Hspice进行仿真验证，结果表明：开关电容低通滤波器能较好地时信号进行整形，其频率特性符合设计指标。
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，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。
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。
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。
在时钟φ1和φ2的控制下，两个开关周而复始地闭合与断开。
φ1闭合时，C充电到V1，φ2闭合时，C放电到V2，传输的总电荷为C(V1-V2)，流向V2的平均电流为：I=Qfs=C(V1-V2)*fs (1)根据欧姆定律，可知此开关电容电路的等效电阻(如图1(b)所示)为：Req=1/Cfs (2)利用开关电容等效电阻电路的最大优点是节省了硅片面积。
开关电容滤波器的设计与应用
第 1 卷 第 1 期 2004 年 3 月邵阳学院学报( 自然科学版)Journal of Shaoyang University ( Natural Sciences)Vol. 1. No. 1 M ar. 2004文章编号: 1672- 7010( 2004) 01- 0026- 03开关电容滤波器的设计与应用宁华申( 隆回县第二中学, 湖南 隆回422200)摘要: 文章阐述了开关电容滤波器的结构与 工作原理, 并给出了 MAX7400~ MX7415 系列集成开关电容滤波器的 设计实例. 关键词: 开关电容; 滤波器; 巴特沃斯; 契比雪夫; 贝塞尔中图分类号: TN713+ 92 文献标识码: A1 引言开关电容滤波器是利用开关电容网络构成的滤波 器, 它的出现促进了有源滤波器的集成化. 随着集成电 路制造技术工艺水平的提高, 集成开关电容滤波器的 尺寸变得越来越小, 设计也越来越简单, 已大量应用于 通讯和其它数字化系统. 美国 MAX 公司最新推出的低 通开关电容滤波器系列产品 MAX7400~ MAX7415, 将滤 波的设计任务简化到仅仅是对时钟频率选择, 采用 8 脚 LMAX 封装, 尺寸仅为 3. 0mm @ 5mm, 并具有低功耗、低 噪声等特点. 适用于 DPA 转换器的后滤波及 DPA 转换 器的抗混叠.图 2 电容连接形式构的开关电容滤波器的二阶单元电路如图 1( b) 所示. 其基本单元是由积分器构成的. 如图 2( a) 、( b) 所示.图 1( a) 中滤波器的中心频率为:图 1 滤波器二阶单元电路f =1 2PR 6 R 5 1R 1 R 2 C 1 C 22 工作原理连续有源滤波器的通用二阶单元电路如图 1( a) 所 示, 它由 3 个运放, 7 个电阻和 2 个电容组成. 仿照该结收稿日期: 2003- 10- 21 Q 值为:作者简介: 宁华申( 1962-) , 男, 湖南 隆回人, 隆回县第二中学一级教师.R 6 R 5 R 2 C 2 第 1 期宁华申: 开关电容 滤波器的设计与应用27R 4 R 4 1+ +R 3 R 0 R 6 R 1 C 1Q = ( )1+R 5设图 1( a) 中: R 1 = R 2= R; C 1= C 2= C; R 5= R 6 = R; 则以上两式可简化为:1f = ( 1)器的类型. 从通带性质来分, 滤波器有四种基本类型: 低通滤波 器( LPF )、高通 滤波器 ( HPF) 、带 通滤 波器 ( BPF) 、带阻滤波器(HPE) . 此外, 在滤波器的设计中, 按 照不同的频域特性要求, 可又分为巴特沃斯型、契比雪 夫型、贝塞尔型和椭圆型. 巴特沃斯型要求传递函数 中, 分母采用巴特沃斯多项式, 这种滤波器输出幅度随 频率增高单调减小, 具有最平坦通带幅频特性, 因此又Q =12( 1+R 3R 4+)( 2)称最大平坦型. 贝塞尔型要求传递函数分母为贝塞尔 多项式, 这种滤波器通带边界下降较缓慢, 但其相频特 图 2( a) 为连续有源滤波器的标准积分电路, 其时 间常数取诀于无源器件 R 、C 输出与输入的关系为:性接近线性, 具有最佳的相位特性, 放又称为线性相位 型. 椭圆型滤波器的幅频特性在通带内都是波动的, 即 $VP$T = - V IN PRC( 3)过渡带最陡. 若传递函数分母采用契比雪夫多项式, 则为:由( 1) 式可得, 二阶连续有源滤波器的中心频率 为契比雪夫型, 其特点是通带增益有起伏( 纹波) , 因此 也叫纹波型, 这种滤波器与贝塞尔型和已特沃斯型滤 f o = 1P2 PRC( 4)波器相比通带边界下降较快, 与椭圆型滤波器相比通 图 2( b) 为反相型开关电容积分器, 它用两个模拟 开关 S 1、S 2 和一个电容 C 1 构成的开关电容网络替代了 标准积分器中的 R. 图 2( c) 中, 当开关 S 1 闭合时, 电容 带边界下降较快, 与椭圆型滤波器相比具有较平的通 带幅频特性.表 1 Maxi m 滤波器选择表C 1 被 V 1 充电; 当开关 S 2 闭合时, 电容 C 1 储存电荷为: 型 号 类 型 阶 数 截止频率 q c = C 1( V 1 - V O ) . 在一个周期内, 由输入端流向输出端 的平均电流为:I = qcPTc = C 1( V 1 - V o ) f CLK当输入时钟频率 f CLK 足够高时, 可以认为这个过程 是连续的, 好象是输入端与输出端存在一个等效电阻, 其值为: R eq = I/C 1f CLK 代入( 3) 式得:$VP$T = - V IN f CLK C 1PC 2如将 R eq 代入( 4) 式, 可得出二阶开关电容滤波器 的中心频率为: f o = f CLK C 1P2PC 2 ( 设图 1( b) 中, R 2= R 4) . 通过改变电容比值 C 1/ C 2 或时钟频率可控制滤波器中 心频率 f CLK 应大于信号的频率的 2 倍以上. 通常选择时 MAX7400 MAX7403 MAX7404 MAX7407 MAX7408 MAX7409 MAX7410 MAX7411 MAX7412 MAX7413 MAX7414 MAX7415椭圆 椭圆 椭圆 椭圆 椭圆 贝塞尔 巴特沃斯 椭圆 椭圆 贝塞尔 巴特沃期 椭圆8 8 8 8 5 5 5 5 5 5 5 51Hz~ 10kHz 1Hz~ 10kHz 1Hz~ 10kHz 1Hz~ 10kHz 1Hz~ 15kHz 1Hz~ 15kHz 1Hz~ 15kHz 1Hz~ 15kHz 1Hz~ 15kHz 1Hz~ 15kHz 1Hz~ 15kHz 1Hz~ 15kHz钟比( f CLK : f o ) 为 50: 1 或 100: 1, 当 f CLK : f o = 50: 1 时, C 2/ C 1 U8, 当 f CLK : f o = 100: 1 时, C 2/ C 1 U16.与连续有源滤波器相比, 开关电容滤波器可以提 供较稳定的中心频率 f o . 一般在集成电路中, 电容比值 的精确度可以控制在 0. 1% 以内, 改变电容比能够较精 确的控制中心频率 f 0 ; 在对滤波器中心频率要求较高的 场合, 可选用外部时钟控制方式, 如利用稳定的晶体振 荡器, 在时钟频率不是很高时, 可以获得稳定的外部时 钟, 从而精确、稳定地控制中心频率 f 0. 另外, 由于开关 电容滤波器实质上是将时间上连续的模拟信号离散 化, 因此输出波形不是很光滑, 图 2( b) 通过外加无源 RC 滤波可改善其输出特性. 另需注意的是: 由于开关的 影响, 系统会存在一定的噪声.3 滤波器的类型,表 1 为Maxim 公司推出的多种新型开关电容滤波 器, 它们分别为 8 阶、5 阶低通滤波器, 工作在 5V 或 3VJ 电源, 电流损耗仅 1. 2mA, 允许角频率为 1Hz~ 15Hz, 输 出失调电压为 ? 4V, 关断模式可将电流降至 0. 2mA, 时 钟比为 100: 1.该类电路具有两种时钟工作模式: 内部( 由外部电 容设置时钟频率) 和外部时钟模式( 用于精确控制角频 率的系统) . 失调调整引脚可以调整输出直流电平.通常高阶开关电容滤波器是由双二阶滤波器级联 实现的, 其结构比较简单, 但各单元因元件失配产生的 误差仅仅影响其本身的极/ 点, Q 值要求较高时, 滤波器 对各部分参数值的变化较敏感. Maxim 的开关电容滤彼 器采用带有加法器和比列器的积分器模拟无源阶梯滤 波器( 图 3) 设计方案, 将局部失配产生的误差分散到所28邵阳学院学报( 自然科学版)第 1 卷MAX7410/MAX7414 低通巴特沃斯型滤波器可提供 最大带内平坦度, 适用于要求通带内偏离直流增益较 小的仪器.低通椭圆型滤波器( 参见表 1) 具有较陡的过度带, MAX7411/MAX7412 在提供 37dB 的阻带抑制时能够保 证其过渡比为 1. 25, MAX7408/MAX7412 具有 53dB 的阻带抑制, 过渡比为 1. 6, 适用于窄带滤波器设计. 适用于 图 3 5 阶阶梯滤波网络DPA 转换器的后滤波及 am 转换器抗混叠, 典型应用如 图 4 所示.4 设计考虑选用Maxim 开关电容滤波器进行设计时, 其输入信 号幅度不要过小, 也不要过大, 以避免较大的失真与噪 声, 相应型号的数据手册提供了输入信号幅度与噪声图 4典型应用+ 失真的对应关系曲线图, 可作为设计参考. 选用外部 的时钟控制方式时, 一般用 40% 至 60% 占空比的时钟, 转角频率与时钟频率的关系为: f C = f CLK P100. 用内部时 钟方式时, 转角频率与外接电容成反比, 可参考有关型 号的数据手册进行设置. 应用电路如图 5 所示, 图中 COM 引脚用于设置共模输入电压, 内部分压电路将其 设置在电源电压的中心位置. OS 为失调调节输入引脚, 用于调整输出直流电平, 不需要调节时可直接将其接 到 COM 引脚, 这里 V OUT = (V IN - V COM ) + V OS , 式中 V COM 典型值为 V DD P2, ( V IN - V COM ) 经低通开关电容滤波器滤 波, V OS 叠加在输出级. 实际应用中应注意 V OS 、V COM 电压的有效范围, 调节过大会影响滤波器的动态范围.图 5 典型连接图MAC7409/MAX7413 贝塞尔型( Bessel) 滤波器输入 与输出间的延迟时间保持恒定, 与信号频率无关, 频率 响应具有较陡的下降沿, 建立时间较快. 多应用于多选 Maxim 该系列产品可采用单电源供电, 也可采用双 电源供电. 当需要用双电源供电时, 可将 COM 接到系统 端, 而 GND 脚接负电源, 其滤波器性能与单电源供电相 同.参考文献:开关与 A/ D 之间, 以消除混叠效应, 抑制输入信号频谱 中的杂散分量和串模干扰.[ 1]姜 威, 罗略军. 开 关电器 滤波 器的 应用[ M ] . 北 京: 国 外电子元器件杂志出版 社, 1999.。
开关电容滤波器详解
图 6 幅频响应曲线
2、在实际开关电路中输入幅值 100mv，频率分别为 500Hz，1kHz，5kHz 的的正弦波信号，
C4 20p
得到三个暂态响应如分别下图 7、图 8、图 9。
图 7
500Hz 时的暂态响应
图 8
1kHz 时的暂态响应
图 9
5kHz 的暂态响应
可以看到 500kHz 时， 输出信号幅值约为 100mv， 没有衰减。 1kHz 时， 输出信号幅值约为 700mv， 衰减了大约-3db。5kHz 时，输出信号的幅值只有 20mv 左右，衰减了很多。另外 5kHz 时可 以明显看到输出波形中有明显台阶， 这是因为在 100kHz 的开关频率下， 输入 5kHz 的正弦波， 则每个周期只包含 20 个台阶，所以看起来很明显，输入正弦波频率越低，则每个周期包含 的台阶数越多，看起来越不明显。注意以上的结果只是在一阶的情况下，如果将多个一阶滤 波器串联则可以得到高阶滤波器。这里将 4 个一阶滤波器串联，输入一个 1kHz 的方波验证 其滤波效果，如下图 10。v(3)~v(6)，分别是 1~4 阶滤波器的滤波输出，v(2)是输入的方波。 可以发现，滤波器的阶数越高，输出的波形越接近正弦波。
图 10
正弦波滤波效果验证
四、感想 通过此次作业我学会了写电路网表、使用 hspice，复习了开关电容的相关知识，增进了 对电路的理解。在不断修改电路参数的过程中，我体会到了模拟电路设计中的魅力 ----在不 断取舍中获取最佳的效果。例如开关如果采用传输门的形式它的导通电阻会比单个 nmos 管 小很多，且宽长比越大，导通电阻越小，但是这会带来更大的寄生电容，且后者对电路的影 响更大。因此在反复实验后我选择了最小宽长比的 nmos 作为开关。同样，如果取开关的工 作频率越高，每个正弦波周期里包含的台阶也会越多，但过高的开关频率，对 nmos 管的开 关速度带来了考验，因此最后折衷选取了 100kHz 的开关频率。
开关电容滤波器设计
开关电容滤波器(Switched Capacitor Filter)1.简介开关电容滤波器是由MOS开关、MOS电容和MOS运算放大器构成的一种大规模集成电路滤波器。
开关电容滤波器可直接处理模拟信号，而不必像数字滤波器那样需要A/D、D/A变换，简化了电路设计，提高了系统的可靠性。
此外，由于MOS器件在速度、集成度、相对精度控制和微功耗等方面都有独特的优势，为开关电容滤波器电路的迅猛发展提供了很好的条件。
2.基本原理SCF电路的实质是采样数据系统，它直接处理模拟连续信号。
与数字滤波器相比，省去了A/D、D/A装置，这也是SCF能很快进入应用的原因之一。
因此，SCF虽然在离散域工作，但仍属模拟滤波器之列。
各类SCF的设想主要起因于流过电阻器与开关电容的电荷相同。
这一点是很自然的，有源RC滤波技术已有效地取代了电感器，开关电容技术首先的设想当然是试图用开关电容(SC)来取代电阻器。
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。
传递函数为q=C1v I显然，影响滤波器频率响应的时间常数取决于时钟周期T C和电容比值C2/C1，而与电容的绝对值无关。
(1)当时钟频率一定时，开关电容滤波器的特性仅取决于电容的比值。
由于采用了MOS工艺，这种电容的比值精度可达0.01％，并且具有良好的温度稳定性。
(2)当电路结构确定之后（电容固化在器件内部），开关电容滤波器的特性仅与时钟频率有关，改变时钟频率即可改变其滤波器特性。
这样，只要选用合适的时钟频率（如fc=100kHz），和不太大的电容比值（如10），对于低频率应用来说，就可获得合适的时间常数（如10–4s）。
3.工艺实现3.1基本单元开关电容滤波器是由MOS开关、MOS电容和MOS运算放大器构成的一种大规模集成电路滤波器，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。
(a)有源RC积分器(b)开关电容积分器(c)两相时钟(d)在φ 为高电平时，V1向C1充电(e)在φ2为高电平时，C1向C2放电在图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）。
开关电源EMI滤波器原理和设计研究
开关电源EMI滤波器原理和设计研究开关电源EMI滤波器是用来减少开关电源产生的电磁干扰(EMI)的一种装置。
EMI是指开关电源工作时产生的高频干扰信号，可能会对其他电子设备、无线通信和无线电接收产生干扰，影响它们的正常工作。
EMI滤波器通过合理设计，能有效地抑制开关电源产生的EMI信号，从而减少对其他设备的干扰。
EMI滤波器的原理是基于电流和电压的相位关系来实现的。
开关电源在工作时会产生高频电流脉冲，而这些电流脉冲会通过开关电源输入端的电容等元件，从而形成高频电流回路。
EMI滤波器通过给开关电源输入端加上一个电感元件，阻断高频电流回路的形成，从而减小EMI信号的辐射。
设计EMI滤波器时需要考虑以下几个因素：1.工作频率范围：EMI滤波器需要在开关电源产生EMI信号的频率范围内有效工作。
根据具体的应用环境和要求，选择合适的滤波器工作频率范围。
2.滤波特性：滤波器需要具有良好的滤波特性，对于较高频率的EMI信号能够有较好的抑制效果。
常用的滤波器类型有低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3.过渡区域：滤波器在过渡区域需要平衡阻抗和频率之间的变化。
过渡区域越宽，滤波器的性能越好。
过渡区域的宽度需要根据具体要求进行设计。
4.安全和可靠性：EMI滤波器需要满足安全和可靠性的要求。
在设计过程中，需要考虑电源参数范围、电流和电压的安全范围等因素，以确保滤波器的稳定性和可靠性。
设计EMI滤波器的方法有多种，可以根据需求选择不同的设计方法。
常见的方法包括线性滤波器设计、Pi型滤波器设计和C型滤波器设计等。
其中，Pi型滤波器是应用最广泛的一种，它由两个电感和一个电容组成，能够对高频信号进行抑制。
总之，开关电源EMI滤波器的原理和设计研究是为了降低开关电源产生的电磁干扰，保证其他设备的正常工作。
通过合理的滤波器设计和选择合适的滤波器类型，可以有效地减少EMI信号对其他设备的干扰，提高系统的抗干扰性能。
开关电容(SC)滤波器设计和应用
而 电流 为 ：ｉ （） Ｃ ｔ ／ Ｃ Ｃ ｖ （） ２ｔ ］ Ｔ ，可见 基本 开关 电容 ｃ ｔ ＝Ａｑ （） Ｔ ＝ ［１ｔ ｖ （） ／ ｃ 单元 可 以等效为 一个 电阻Ｒ ｃＣ ￣Ｔ／ ，其优 点是在集 成 电路 中可 以用很 小的 芯
关键词 ： 模拟 滤波器：开关 电容 ；音频滤波器 中图分类号 ：Ｔ ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１ ７ － ７ ９ ２ １ ）０ １ ０ ０ ０ Ｎ １ ５ ７（０ ０ ７ ０ ５ － １ ６
在信 号 处理 中 ，滤 波 器 占有 十 分 重要 的地位 ，它对 实 际 信 号进 行 过 滤 ，提取 有效 信号 、抑 制干 扰噪 声 。模拟 滤波 器应 用 于各种 模拟 信 号处理
简化了开关电容电路的分析和设计 。
２开 关电窖 （ ＣＪ Ｓ 滤波器 的设 计
ｌ
Ｒ１
在模拟 电路 中经 常涉 及到 电路 的频率 特性 、延 时特 性等 ，这些 电路 性 能与 电路 的 时间 常数有 关 ，这些 时 间常数 多 由 电路 中 的元件 参 数 电感 、 电 阻、 电容 来确 定 。在模拟 集 成 电路 中，制 作 电感是 困难 的 ，所 以多采 用 电
图１ 基本 开关 电容单 元
语音信 号 以外 的各 种杂 波 。５ｔ 抑制 滤波 器 是话 路滤 波器 组成 部 分之 一 ， ０ｚ ｔ 亦称 ５Ｈ 陷波器 。它采 用 由加法 器和 积分 器 构成 的状 态变 量滤 波器 结构 ， ０ｚ 可 以用 来 抑制 电源 的干 扰 。 由于 陷波 频 率低 ，要 求很 大 的时 间常 数 。为节 省芯 片面 积 ，采用 开关 电容 技术 实 现 。图４ ａ所 示是 ５Ｈ 抑制 滤波 器 的有 （） ０ｚ 源 Ｒ原 型 电路， 图４ｂ所 示是 其对应 的 开关 电容滤 波器 电路 。 ｃ （）
用于RDS信号处理的开关电容滤波器的设计
中图分类号 ：Ｔ ４ ２ Ｎ ０
文献标识码 ： Ａ
文章 编号 ：１ ８ —０ ０（ ０ ８） ５０ １ ・４ ６ １１ ７ ２ ０ ０ —０ ８０
Ａ ｗｉｃ ｅ ｐａ ｉｏ ｌｅ ｓｇ ｅ ｆ Ｓ ｔ ｈ ｄ Ｃａ ｃｔ ｒＦｉ ｒＤｅ ｉ ｎ ｄ ＲＤＳ Ｓ ｇ ｌ ｏ ｅ ｓｎｇ ｔ ｏｒ ｉ ｎａ Ｐｒ ｃ ｓ ｉ
市场前景 。
如图 ｌ 所示 ，Ｒ ＤＳ的基本数据率为 １ ８ ． ｉ・～ ７ ｂ Ｓ， １ ５ｔ 在发 送之 前 ，需 要 经过 双 向编码 和滤波 器整 形使 之 达 到 ±２３ ５ Ｈｚ ．７ ｋ 的有 限带宽频谱 。
ＷＡ ＧＣ ｅｇＸ Ｎ ｈｎ ， ＵＷｅ Ｚ ＵＬ－ａ ｉ Ｈ ｉｉ ， ｊ
（ ｈｎ ｌｃ ｏ ｉ ｅｈ ｏｏ ｙＧ ｏｐＣ ｒｏａｉｎ ｏ５ ｅｅ ｒｈｉｓ ｔｔ Ｗｕｉ １ ０ ５ Ｃ ｉａ Ｃ ｉａ ｅｔ ｎｃ Ｔｃ ｎ ｌｇ ｒｕ ｏ ｒｔ ． Ｒ ｓａｃ ｔｕｅ ｘ ４ ３ ， ｈｎ ） Ｅ ｒ ｓ ｐ ｏＮ ８ ｎｉ ， ２
ａ ｃ ｍｐ ｉｈ ｎ ｉ ｈ ｈｏ ｄ ｒ ｗｉ ｈ ｄｃ ｐ ｃｔｒ ｌｅ ｉｈｉ ｉ ｐ ｅｂ ｔ ｌｎ ｙｇ ｏ ｒ ｃ ｏ ｌｓ ｉｇ ａｅｇ ｔ ｒ ｅ ｔ ｅ ａ ａ ｉ ｔｒ ｓ ｃ ｏｆ ｉ ｗｈ ｃ ｓｍ ｌ ｕ ｅ ｔ ｏ ｄｆ ｓ ｐ ｏ ＲＤＳ ｓｇ ａ ｒ ｃ ｓｉｇ． ｉ ｎ ｌ ｏ ｅ ｓｎ ｐ Ｋｅ ｒ ： ｙｗｏ ｄｓ ＲＤ Ｓｓｇ ａ； ｗ ｉ ｈ ｄｃ ｐ ｃ ｔｒ ｌｅ ； ｏ ｉ ｕ ｕ ｍ ｅｆｌ ｒ ｉ ｌ ｓ ｔ ｅ ａ ａ ｉ ｔｒ ｃ ｎｔ ｏ ｓｔ ｎ ｃ ｏｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ｅ
开关电容滤波器前置_后置滤波器的设计
上不连续，而且还在频域上增添了新的高频成分。 因此，要通 过适当的后置滤波，重建所需的波形。
收 稿 日 期 ：2011-04-06
稿 件 编 号 ：201104020
值得指出的是，为了实际应用的方便，开关电容滤波器
作者简介：赵天成（1989—），男，吉林洮南人。 研究方向：地理信息系统与信号处理。
－143－
值得说明的是，以上的衰减量相当于信噪比为 1 时的情
况。 如果预先了解输入信号的信噪比，可以相应地减小衰减量。
1.1.3 转角频率的确定
来确定所需的转角频率 fpre，即保证：
≥ ≥ log
fST fpre
·Ca>A
（5）
其中，Ca 为滤波器每 10 倍频程的衰减系数。 解上式得
《电子设计工程》2011 年第 12 期
的前、后置滤波器应由模拟滤波器来承担，以避免重复产生 前面的问题。 若非如此，则可能在应用中产生一些不必要的 困 扰[5]。
考虑到上述因素，可将开关电容滤波器的一般应用模式 归结为图 2[6]。 下面对有关问题作进一步的讨论。
图 2 开关电容滤波器的应用模式 Fig. 2 Application mode of switched-capacitor filter
频率成分的衰减程度。
实际设计时，先定衰减量 A，再定转角频率 fpre。 1.1.2 衰减量的确定
以数据采集系统 为 例 ， 对 于 某 个超 出 fST 的 频率 成 分 fin， 前置滤波器必须对它进行足够的衰减，才能保证它不再对数
据采集系统形成明显的干扰。 严格时，应将它衰减到开关电
容滤波器的残余噪声水平。 一般也应将之降至与 A/D 转换器
第 19 卷 第 12 期 Vol.19 No.12
开关电源滤波器设计
开关电源滤波器设计（一）一、前言传导EMI 是由电源、信号线传导的噪声，连接在同一电网系统中的设备所产生的EMI会经过电源线相互干扰，为了对传到EMI进行抑制，通常在设备宇电源之间加装滤波器，本文主要探讨开关电源的EMI滤波器设计方法。
二、开关电源的传到EMI来源与组成开关电源的噪声包含有共模和差模两个分量，此两分量分別是由共模电流和差模电流所造成的。
图一所示为共模电流和差模电流的关系图，其中LISN 为电源传输阻抗稳定网络，是传导性EMI 量测的重要工具。
在三线式的电力系统中，由电源所取得的电流依其流向可分为共模电流和差模噪声电流。
其中，共模噪声电流ICM 指的是Line、Neutral 两线相对于接地线(Ground)之噪声电流分量，而差模噪声电流IDM 指的是直接流经Line 和Neutral两线之间而不流经过地线之噪声电流分量。
开关电源图一共模电流和差模电流之关系图在Line 上，共模噪声电流和差模噪声电流分量是以向量和的关系结合，而在Neutral 上，共模噪声电流和差模噪声电流分量則是以向量差的关系结合，两者的关系以数学式表示如下：其中，为流经Line 之总噪声电流，为流经Neutral 之总噪声电流。
为了有效抑制噪声，我们必须針对噪声源的产生及其耦合路径进行分析。
共模噪声主要是由电路上之Power MOSFET(Cq)、快速二极体(Cd)及高频变压器(Ct)上之寄生电容和杂散电容所造成的，如图二所示。
而差模噪声則由电源电路初級端的非连续电流及輸入端滤波大电容(CB)上的寄生电阻及电感所造成，如图三所示。
图二共模电流耦合路径图三差模电流耦合路径开关电源滤波器设计（二）三、EMI 滤波器的基本架构本文所使用的EMI 滤波器的架构如图四所示，其中的元件包含了共模电感(LC)、差模电感(LD)、X 电容(CX1、CX2)、Y 电容(CY)，以下将对各元件作一一介紹：图四EMI滤波器的架构1 共模电感(CM inductor)：共模电感是将两组线圈依图五的绕线方式绕在一个铁心上，这种铁心一般是采用高值的Ferrite core，由于值较高，故电感值较高，典型值是数mH 到数十mH 之间。
开关电容滤波器基本原理
开关电容滤波器基本原理开关电容滤波器(Switched Capacitor Filter) 1. 简介 开关电容滤波器是由MOS开关、MOS电容和MOS运算放大器构成的一种大规模集成电路滤波器。
开关电容滤波器可直接处理模拟信号，而不必像数字滤波器那样需要A/D、D/A变换，简化了电路设计，提高了系统的可靠性。
此外，由于MOS器件在速度、集成度、相对精度控制和微功耗等方面都有独特的优势，为开关电容滤波器电路的迅猛发展提供了很好的条件。
2. 基本原理 SCF电路的实质是采样数据系统，它直接处理模拟连续信号。
与数字滤波器相比，省去了A/D、D/A装置，这也是SCF能很快进入应用的原因之一。
因此，SCF虽然在离散域工作，但仍属模拟滤波器之列。
各类SCF的设想主要起因于流过电阻器与开关电容的电荷相同。
这一点是很自然的，有源RC滤波技术已有效地取代了电感器，开关电容技术首先的设想当然是试图用开关电容(SC)来取代电阻器。
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。
由MOS开关、电容器和运算放大器构成的一种离散时间模拟滤波器。
开关电容滤波器广泛应用于通信系统的脉冲编码调制。
在实际应用中它们通常做成单片集成电路或与其他电路做在同一个芯片上。
通过外部端子的适当连接可获得不同的响应特性。
某些单独的开关电容滤波器可作为通用滤波器应用。
例如自适应滤波、跟踪滤波、振动分析以及语言和音乐合成等。
但运算放大器带宽、电路的寄生参数、开关与运算放大器的非理想特性以及MOS器件的噪声等,都会直接影响这类滤波器的性能。
开关电容滤波器的工作频率尚不高，其应用范围目前大多限于音频频段。
开关电容滤波器 基本原理 最简单的开关电容滤波器见图1。
开关K置于左边时,信号电压源u1向电容器C1充电;K倒向右边时，电容器C1向电压源u2放电。
当开关以高于信号的频率fc工作时,使C1在u1和u2的两个电压节点之间交替换接,那幺C1在u1、u2之间传递的电荷可形成平均电流I=fcC1(u1-u2)，相当于图1a的u1和u2之间接入了一个等效电阻,其值为1/fcC1。
大功率开关滤波器组件的设计
大功率开关滤波器组件的设计在电力系统中，各种电力设备（如变频器、整流装置等）会引入电力网中的谐波干扰，这些谐波干扰会影响电力系统的稳定运行以及对其他设备的干扰。
因此，为了确保电力系统的正常运行，需要引入滤波器装置对谐波进行抑制。
大功率开关滤波器组件是滤波器装置的一种，它包括一个滤波器电抗器和一个大功率开关。
滤波器电抗器通过滤波器电容器和电抗线圈的组合来实现对谐波的抑制，而大功率开关则通过开关装置来实现对电力系统中的谐波进行控制。
这种组合既能满足高功率电力系统的需求，又能保证电力系统的稳定运行。
在设计大功率开关滤波器组件时，需要考虑以下几个方面：1.频率范围：不同的电力设备会引入不同频率的谐波干扰，因此需要确定大功率开关滤波器组件所需抑制的谐波频率范围。
2.抑制效果：根据电力系统的需求，需要确定大功率开关滤波器组件对谐波的抑制效果。
通常要求滤波器组件在特定频率范围内的谐波抑制效果不低于一定的衰减值。
3.功率要求：根据实际应用需求，需要确定大功率开关滤波器组件的额定功率。
这个功率要求将决定滤波器电抗器和大功率开关的额定参数。
4.散热设计：大功率开关滤波器组件的工作会产生一定的热量，因此需要合理设计散热系统，确保组件的稳定运行。
5.电气安全：大功率开关滤波器组件需要通过严格的电气安全测试，以确保其满足相关的安全标准和规范。
在设计大功率开关滤波器组件时，需要考虑以上因素，并综合考虑电力系统的实际需求进行设计和优化。
通过合理的设计，可以实现对电力系统中的谐波进行有效抑制，提高电力系统的稳定性和可靠性。
同时，还可以降低电力设备对电力网的干扰，确保电力系统正常运行，提高电力质量。
PCM编解码器中高性能开关电容滤波器设计
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｓ ｔｈ ｄ ｃ ｐａ ｉ ｒ ｉｈ・ ａ ｓｆｌ ｒ ｏ ｐ ｓ ｌｅ ；ｂａ ｄ— ａ ｓｆｌ ｒ ｐ ｒ ｔｏ ａ ｍｐ ｉ ｅ ；ＰＣＭ ｗｉｃ ｅ ａ ｃｔ ；ｈ ｇ ｐ ｓ ｔ ；ｌｗ— ａ ｓｆ ｔｒ ｏ ｉ ｅ ｉ ｎ ｐ ｓ ｔ ；ｏ ｅ ａｉｎ ｌａ ｌｆ ｒ ｉ ｅ ｉ
ｓｏ ａ， ｒｑ ｅ ｃ ｈｒｃｅ ｓ ｃｏ ｅｂ ｎ —ａｓ ｌ ｒ ｓ ａｓａｄｒ ｐ ４ ．２ｄ ｓ ｐ ａｄｒ ｅｔ ｎ３ Ｂ ｈ ｗ ｔ ｔ ｆ ｕｎ ｙｃ ａａｔ ｉ ｉ ｆ ｈ ａ ｄｐ ｓ ｔ ｓｂｎ ｉ ｌ － １ Ｂ， ｏ ｂｎ ｊｃｉ ７ｄ ． ｈ ｅ ｒｔ ｔ ｉ ｆ ｅ ｉｐ ｐ ｅ－ ０ ｔ ｅ ｏ
脉 冲编 码 调 制 是 数 字 程 控 交 换 机 系 统 中广
Ｅ Ａ Ｅ ＣＣ： ５ ０ １７ ２ ７ ：２ ０
ｄ ｉ １ ．９ ９ ｊ ｉ ／ ．Ｓ ！ ０ ５— ４ ０ ２ １ ． ６ ０ ８ Ｓ．
Ｐ Ｍ 编解 码 器 中高性 能 开 关 电容滤 波器 设 计 术 Ｃ
左 海 洋 马成 炎 孙玲 玲 ， 炳 军 ， ， 冯
第３ ３卷 第 ６期 ２１ ０ ０年 ｌ ２月
电 子 器 件
Ｃ ｉｅ ｅＪ ｕｎ ｌ ｆ ｌｃｒｎ Ｄｅ ｉ ｓ ｈｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｏ ｅ ｔ ｖｃ Ｅ ｏ ｅ
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ ６ １３ ． Ｄｅ ．２ ０ ｃ ０１
Ａ ｉ ｈ Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｃ Ｈ ｇ ｒ ｏ ｍ ｎ ｅ ＳＣ ｌｅ ｓｇ ｏ Ｆｉ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ ｆ ｒ ＰＣＭ ｔ ＣＯＤＥＣ
基于开关电容电路设计一个带通滤波器
又称“可编程开关电容滤波器”，内部包 含一个或多个二阶滤波节的基本元件，其 滤波功能和响应特性由外部电路决定，并 可相互级联组成各种高阶滤波器，因而能 够适应多方面的使用要求。
工作频率 噪声
二、组成单元
开关电容网络
MOS 电容器
运算放 大器
受时钟 控制的
开关
在MOS电路中固有的精确的无源元件是 MOS电容，电容值的范围可以从0.1-100Pf。 另外，必须考虑寄生电容的影响。
MOS运算放大器在开关电容滤波器中是关 键元件，要求运算放大器有高增益、低噪 声、高输入阻抗。
MOS开关和理想开关是有区别的，MOS开 关导通时，漏、源之间存在电阻。另外源、 漏对衬底和对栅极都存在寄生电容。 开关电容可以等效一个电阻的功能：
基于开关电容电路设计 一个带通滤波器
1 • 概述 2 • 开关电容的基本组成单元 3 • 带通滤波器的设计与仿真
4 • 对SCF器件的回顾与再探究
一、概述
开关电容滤波器(SCF)需要在时域对信号进行 取样，所以属于取样数据滤波器。但是由于它们 所处理的信号没有被量化，仍然是模拟信号，所 以仍然属于模拟滤波器。采用开关电容技术可以 用标准的CMOS工艺设计和制造高精度、高质量的 集成滤波器，因而得到了很快的发展，形成了比 较成熟的技术。
开关电容积分器时间常数:
τR
C
=
fc
•
C1 C2
由此可看出开关电容积分器时常数可由两个电容的容量比和 定时频率给出。
不同类型的开关电容基本单元
开关电容并联等效电阻电路
不同类型的开关电容基本单元
开关电容双线性等效电阻电路Leabharlann 不同类型的开关电容基本单元
开关电容阵列滤波器的设计
开关电容阵列滤波器的设计
姜黎;李联
【期刊名称】《半导体学报：英文版》
【年(卷),期】1995(16)5
【摘要】本文论述了开关电容阵列滤波器的设计．它可以通过改变一块铝版使同一块模版布局不同种类和不同性能指标的开关电容滤波器，从而可以用计算机辅助的半定制设计方法设计，缩短了设计周期，并满足多用户对开关电容滤波器不同品种与性能指标的要求，降低了生产成本，便于大规模生产．
【总页数】6页(P365-370)
【关键词】开关电容滤波器;滤波器;设计
【作者】姜黎;李联
【作者单位】复旦大学专用集成电路和系统实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN713.91
【相关文献】
1.最小电容离散开关电容滤波器设计 [J], 吴杰
2.基于设计空间的基本开关电容电路滤波器设计 [J], 熊元新;吴罡
3.对寄生电容不灵敏的开关电容有源滤波器的设计 [J], 曹才开;万健如
4.对寄生电容不灵敏的开关电容有源FDNR滤波器的设计 [J], 曹才开
5.开关电容滤波器前置、后置滤波器的设计 [J], 赵天成;赵英俊
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开关电容滤波器基本原理
模拟电路网络课件第四十一节:开关电容滤波器8.6 开关电容滤波器一、开关电容滤波器基本原理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。
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=100kHz），和不太大的电容比值（如10），对于低频率应用来说，就可获得合适的时间常数（如10–4s）。
二、同相开关电容积分器和反相开关电容积分器开关电容积分器电路如图1所示。
由图a可知，当f1为高电平，T1、T3导通，vI对C1充电；当vI为正，在图示vC1的假定正向下，充电结果vC1有一负电压。
当f2为高电平时，vC1将加到运放的反相端，使vO为正，与vI同相，因此，图1a是同相积分电路。