开关电容滤波器详解
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Rf R 1 1+C 1 R f s
，截止频率f3db = 2π R
1
f C1
，取R f = R1 = 1MΩ，C1 = 159pF。则可以得到，截
止频率为 1kHz 的低通滤波器。
C1 159p
S3 phi1
Rf 1M 2 + IOP2 3
1
R1 1M
图 3 低通滤波器
二、最终的电路
实际的滤波电路如下图 4
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。
1 S1 phi1 2 C 10p S4 phi2 3 4
S2 phi2
图 1 等效的电阻
3.
理想运放由以下电路建模，R1、C1 决定了主极点位置，Ri 决定输入电阻，Ro 决定了 输出电阻，电阻 R1 和 CCVS 倍数决定了开环放大倍数。
图 2 理想运放建模
4.
可以在积分器上串联一个电阻，这样便构成的了有耗积分器，如下图 3，写出它的传函
C2 10p 6 S6 phi1
C1 159p
1 S1 phi1
2
C3 10p
S4 phi2 3 4 + -
opamp 5
S2 phi2
S3 phi1
图 4 实际电路_滤波部分
在滤波电路之前加了采样部分，如图 5
S1 1
+ 2
S5 phi2
IOP1 3
图 5 实际电路_采样部分
将多个滤波部分串接可构成阶数更高的滤波器。 三、仿真结果 1、 将实际电路中的开关电容用电阻替换后进行交流分析， 可以得到幅频响应曲线如下图 6， 其 3db 带宽为 1kHz。
开关电容滤波器设计 XX uXXXXXXXXX 一、原理 1. 开关通过一个 nmos 管实现，宽和长均取最小，这样可减小寄生电容的影响。 2. 通过一个电容和四个开关在一定的时钟控制下，可等效成为一个电阻。如下图 1，电阻 的阻值大小为1 Cf，f 为时钟频率，S1、S3 开关相位与 S2、S4 相反。当开关频率 fT = 100kHz，C = 10pF。可以得到等效电阻R eq = 1MΩ。
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
得到三个暂态来自百度文库应如分别下图 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。
，截止频率f3db = 2π R
1
f C1
，取R f = R1 = 1MΩ，C1 = 159pF。则可以得到，截
止频率为 1kHz 的低通滤波器。
C1 159p
S3 phi1
Rf 1M 2 + IOP2 3
1
R1 1M
图 3 低通滤波器
二、最终的电路
实际的滤波电路如下图 4
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。
1 S1 phi1 2 C 10p S4 phi2 3 4
S2 phi2
图 1 等效的电阻
3.
理想运放由以下电路建模，R1、C1 决定了主极点位置，Ri 决定输入电阻，Ro 决定了 输出电阻，电阻 R1 和 CCVS 倍数决定了开环放大倍数。
图 2 理想运放建模
4.
可以在积分器上串联一个电阻，这样便构成的了有耗积分器，如下图 3，写出它的传函
C2 10p 6 S6 phi1
C1 159p
1 S1 phi1
2
C3 10p
S4 phi2 3 4 + -
opamp 5
S2 phi2
S3 phi1
图 4 实际电路_滤波部分
在滤波电路之前加了采样部分，如图 5
S1 1
+ 2
S5 phi2
IOP1 3
图 5 实际电路_采样部分
将多个滤波部分串接可构成阶数更高的滤波器。 三、仿真结果 1、 将实际电路中的开关电容用电阻替换后进行交流分析， 可以得到幅频响应曲线如下图 6， 其 3db 带宽为 1kHz。
开关电容滤波器设计 XX uXXXXXXXXX 一、原理 1. 开关通过一个 nmos 管实现，宽和长均取最小，这样可减小寄生电容的影响。 2. 通过一个电容和四个开关在一定的时钟控制下，可等效成为一个电阻。如下图 1，电阻 的阻值大小为1 Cf，f 为时钟频率，S1、S3 开关相位与 S2、S4 相反。当开关频率 fT = 100kHz，C = 10pF。可以得到等效电阻R eq = 1MΩ。
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
得到三个暂态来自百度文库应如分别下图 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。