模拟滤波器的设计

波形比较
4．滤波器的电路结构
无限增益多重反馈滤波器电路
电压控制电压源（VCVS）电路
5.典型滤波器的设计
例2.1-1 二阶无限增益多重反馈低通滤波 器的设计。假设滤波器的通带增益A0＝1， 截止频率fC=3.4kHz，Q为0.707。
电路结构
传递函数
参看教材
2.2 开关电容滤波器
模拟集成电路新技术(New Analog IC Technologies) 模拟集成电路飞速发展，使用MOS器件的 模拟集成电路逐渐成为主流。MOS器件具 有尺寸小、功耗低等优点，特别是它可以兼 容数字电路的主流工艺。 采用数字工艺实现模拟功能：滤波中的开 关电容技术和数据转换中的∑-△技术
抽样数据电路
抽样数据电路处理的是抽样信号，即时间离散而幅度 连续的信号，它是一种离散时间电路，所以其基本 单元与数字电路类似，但因它所处理的信号没有量 化，所以不会产生量化噪声。 抽样数据电路主要有三种类型： 电荷耦合器件（CCD，Charge Coupled Device） 开关电容电路（SC，Switched Capacitor Circuits） 开关电流电路（SI，Switched Current Circuits）
连续时间系统和离散时间系统
方框代表一个系统，该系统可以是线性的或 非线性的，也可以是处理连续时间（模拟） 信号的连续时间系统或处理离散信号的离散 时间系统。 模拟电子系统就是典型的连续时间系统。 数字电子系统就是典型的离散时间系统。
抽样数据处理系统
连续信号在离散瞬时间nT（n=0，1，2，…） 下抽样就得到抽样数据信号，用x=(nT)表 示，T为抽样周期。 抽样数据处理系统：处理抽样数据信号的系统 称为抽样数据处理系统。 抽样数据输入和输出信号通常表示成离散变量 nT的函数。 x=x(nT)，y=y(nT) 抽样数据信号只在离散瞬时改变，因此，属于 离散时间系统。
在每一个时钟周期TC内，电容上电荷的变化量为
从近似平均的角度看，可以把一个TC内由v1(t)送 往v2(t)的ΔqC(t)等效为一个平均电流iC(t)， 其大小为：
因为时钟脉冲周期TC远远小于v1(t)和v2(t)的 周期，故在TC内可认为v1(t)和2(t)v2(t) 是恒值。
开关电容能模拟成电阻，解决了模拟集成电路 制造中的一个关键问题。因为在集成电路制 造过程中，电阻常常受到容差和热漂移所困 扰，而且要占据昂贵的芯片面积。
1.开关电容电路
开关电容由两个MOS开关和MOS电容组成。 Φ1和Φ1是不重叠的两相时钟脉冲，因此两只 MOS管轮流导通。
用开关电容来模仿电阻
开关电容相当于一个电阻
原理分析 : 在t=(n-1)TC时刻，开关 打在左边，电容充电至 v1(t)，其充电量为 qC(t)=C v1 [(n-1)TC] 在(n-1/2)TC时刻，开关打在右边，电容放电 至v2(t)，电容上电量为 qC(t)=qC [(n1/2)TC]=C v2 [(n-1/ 2)TC]
TL14巴特沃斯四阶低通开关电容滤波器
（1）低成本、易用； （2）滤波器的截止频率取决于外部时钟频 率； （3）截止频率范围从0.1Hz至30kHz。
fc= fCLOCK /100
2.1 模拟有源滤波器
1.描述滤波器的动态特性的有3种形式：
（1）单位冲激响应： x(t)=δ(t)，y(t)=h(t) （2）传递函数
（3）频率ຫໍສະໝຸດ Baidu性
2．滤波器的种类
有源滤波器按幅频特性可分为低通、高通、带 通和带阻4种类型。
低通
高通 带通
带阻
3．滤波器的阶数和特性
巴特沃思： 通带内幅频曲线的幅度平坦，最平 幅度逼近，相移与频率的关系不是很线性的， 阶跃响应有过冲。 切比雪夫： 下降最陡，但通带之间幅频曲线 有波纹。 贝塞尔：相移和频率之间有良好的线性关系， 阶跃响应过冲小，但幅频曲线的下降陡度较 差。
2.开关电容积分器
模拟积分器
用开关电容代替积分器中的电阻
当ωC>>ω时,由vI流向求和节点的电流就可以 认为是连续的。
结论
电路中没有电阻。 特征频率ω0取决于电容比值，采用现有的技 术，很容易就可以达到低至0.1%的比值容 差。 特征频率ω0与时钟频率fc成比例，表明开关电 容必然是可编程的。改变会在频谱图上使响 应上移或下移。另一方面，如果需要一个固 定和稳定的特征频率fC ，则可用一石英晶 体振荡器来产生fC。
有源双二阶滤波器
3.单片集成滤波器
单片集成滤波器大都是SCF。原因是它的时间 常数取决于电容化集成工艺，可实现高精度 和高稳定度的电容比。 单片集成SCF较具代表性的产品主要有美国 Linear Technology（凌特）公司生产的通 用型（可组合为低通、带通、高通等）和低 通SCF两类。通用型SCF主要有： LTC1059（2阶）、LTC1060（4阶）、 LTC1061（6阶）、LTC1064（8阶）等。 低通SCF主要有：LTC1062/1063（5阶）、 LTC1064（8阶）。