开关电容滤波器SCF的应用
开关电容滤波器前置、后置滤波器的设计
开关电容滤波器前置、后置滤波器的设计赵天成;赵英俊【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2011(19)12【摘要】For a switched-capacitor filter (SCF), it is important to configure its pre-filter and post-filter properly. There is a lack of systematic analysis and description for the problem. Based on the analysis of characteristics of SCF, a design method of pre-filter and post-filter for SCF was presented. Two design parameters of pre-filter and post-filter for SCF are cut-off frequency and attenuation. In designing a pre-filter or a post-filter, its attenuation should be determined according to system requirements first, and then its cut-off frequency should be determined according to the attenuation coefficient of a given filter structure. In this way, a programmable low-pass filter based on a MAX295 was designed for a 12-bit data acquisition system. The results show that the pre-filter and post-filter of the MAX295 could cover cut-off frequency range from l0Hz to50kHz with 4 different cut-off frequencies, keeping minimum attenuation -74dB and -l0dB respectively.%如何为开关电容滤波器(SCF)合理配置前置、后置滤波器,一直缺少系统的分析和说明.在研究SCF工作特性的基础上,提出了SCF前置、后置滤波器的设计方法.SFC前置、后置滤波器的主要设计参数是转角频率和衰减量.设计时,先根据系统要求确定衰减量,再根据选定的滤波器结构的衰减系数确定转角频率.用此方法,结合12位数据采集系统需要,以MAX295为核心设计了一个可程控低通滤波器.结果表明,MAX295的前、后置滤波器能以4档转角频率覆盖其10 Hz~50 kHz转角频率范围,前、后置滤波器的最小衰减量分别为-74 dB和-10 dB.【总页数】4页(P143-146)【作者】赵天成;赵英俊【作者单位】武汉大学遥感与信息工程学院,湖北武汉430079;华中科技大学机械科学与工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TN713【相关文献】1.带有前置和后置滤波器的滑模观测器仿真研究 [J], 彭志香;陈卫兵;成传柏;尹康2.开关电容滤波器LTC1068在水声设备前置放大电路中的应用 [J], 饶中洋;冯春媛3.频带可变开关电容滤波器设计 [J], 曹彪;梁伟明;4.开关电容滤波器的设计与应用研究 [J], 邢琦峰5.基于开关电容滤波器LTC1064的BPF设计 [J], 韩警;陈星;窦垭锡因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
开关电容滤波器
开关电容滤波器
过玉清
【期刊名称】《集成电路应用》
【年(卷),期】1991(000)005
【摘要】开关电容滤波器(SCF)是70年代末出现的一类单片集成器件,目前己发展为若干产品系列。
由于 SCF 器件具有结构紧凑、频率可调等显著优点,所以从一开始就受到了人们的广泛注意;特别是最近三、四年来,这类器件的频率、精度、噪声与失调等主要性能又有较大改善,如最高工作频率己从早期的30KHz 左右提高到100KHz 以上,这就更进一步拓展了 SCF 的应用领域。
本文将对现有 SCF 器件的类型、性能以及有关应用技术,作一简要的介绍。
【总页数】5页(P16-20)
【作者】过玉清
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN713.7
【相关文献】
1.开关电容滤波器混叠效应仿真及抑制 [J], 陈海亮;刘鑫;任勇峰;瞿林
2.开关电容滤波器在多频点通信PLC信号滤波中的应用 [J], 黄婉芳;陈阳;林东
3.频带可变开关电容滤波器设计 [J], 曹彪;梁伟明;
4.基于甚低频的开关电容滤波器仿真研究 [J], 徐瑞
5.基于开关电容滤波器LTC1064的BPF设计 [J], 韩警;陈星;窦垭锡
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开关电容
1绪论1.1课题背景及目的随着计算机的广泛应用以及大规模集成电路技术的发展,经典的线性定常电路理论开始转向非线性时变电路的分析与综合,连续模拟域处理也扩展到离散数字域,而且新电路器件在陆续出现。
开关电容(Switched Capacitor)技术及其用于选频网络---开关电容滤波器(SCF)正是新发展潮流中的一个分支。
随着MOS大规模集成技术的迅速发展,开关电容网络这门新兴学科开始出现,以及单片集成开关电容滤波器的问世,使它在电话、脉冲编码调制通信、信息处理等技术中得到了广泛的应用[1]。
20世纪80年代技术改造一个重大课题是实现各种电子系统全面大规模集成(LSI),使用最多的滤波器成为“拦路虎”。
RC有源滤波器不能实现LSI,无源滤波器和机械滤波器更不用说了,于是,人们只能另辟新径。
五十年代曾有人提出SCF的概念,由于当时集成工艺不过关,并没有引起人们的重视。
1972年,美国一个叫Fried的科学家发表了用开关和电容模拟电阻R,并证明SCF的性能只取决于电容之比,与电容绝对值无关。
因此,与有源RC滤波器相比,SCF更易于实现单片集成,适合成批生产,这是滤波器从分立走向全集成的重大突破。
到1979年一些发达国家单片SCF已成为商品(属于高度保密技术),现在SC技术已趋成熟,SCF采用MOS工艺加以实现,被公认为八十年代网络理论与集成工艺的一个重大突破[2-5]。
本文研究的是基于开关电容技术的双二阶滤波器的理论和设计,而双二阶开关电容滤波器电路能够方便地设计出各种特性的滤波器,单片集成SCF的研制成功将使通讯、电话等系统的滤波网络有巨大的改变。
由于开关电容电路所具有的优点,使它不仅在滤波器方面而且在非滤波器方面也已得到广泛的应用,诸如放大、震荡和调制等各个方面。
随着SC器件的系列化、商品化,SCF已经应用在电讯、信息处理、声音处理等领域中,并且不断开发着新的开关电容电路的应用领域。
1.2 国内外研究状况开关电容网络是近几十年来出现的一种新颖有源网络,它仅由开关、电容器和运算放大器组成。
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 ()
2.3开关电容滤波器
第三节开关电容滤波器(Switched Capacitor Filter简称SCF)有源RC滤波电路的缺点:由于要求有较大的电容和精确的RC时间常数,以致于在芯片上制造集成组件难度大,几乎不可能。
随着MOS工艺的迅速发展,由MOS开关电容和运放组成的开关电容滤波器已于1975年实现了单片集成化。
其优点为:这种滤波器不需要模数转换器,就可以对模拟量的离散值直接进行处理。
与数字滤波器比较,省略了量化过程,因而具有处理速度快,整体结构简单等优点。
此外,它制造简单,价廉,因而受到各方面的重视,经过20多年的发展,开关电容滤波器的性能已达到相当高的水平,在某些应用场合大有取代一般有源滤波器的趋势。
⒈基本原理(电容器代替电阻)电路两点间接有高速开关的电容器,其效果相当于两节点间连接一个电阻。
图3-1(a)为一个有源RC低通滤波器(积分器)图3-1(b)中从1点到2点:一个接地电容C1和用做开关的源漏两极可互换的增强型MOSFET T1,T2来代替输入电阻R1。
工作过程分析:T1,T2用两个如图3-1(c)不重叠的两相时钟脉冲φ1,φ2来驱动。
假定时钟频率远高于信号频率。
⑴φ1为高电平,φ2为低电平期间T1导通T2截止。
等效电路如图3-1(d):此时,C1与Vi相连并被充电,即有:q c1=C1*V1⑵φ2为高电平,φ1为低电平期间T1截止,T2导通。
等效电路如图3-1(e):C1转接到运放的输入端,此时,C1放电,所充电荷传输到C2上。
由此可见,在每一个时钟周期Tc内,从信号源中提取的电荷供给了电容器C2。
因此,在节点1,2之间的平均电流为:i av=C1*V1/Tc如果Tc足够短,可近似认为这个过程是连续的,因此1,2之间的等效电阻为:Req=V I/i av=Tc/C1因此,可得到一个等效的积分器时间常数τ:τ=C2*Req=Tc*C2/C1结论:(1)显然影响波器频率响应的时间常数取决于时钟周期Tc和电容的比值C2/C1,而与电容的绝对值无关。
4386芯片手册
图 9 模式 4 时序图 9
200904
CHINAIC SEMICONDUCTOR
CJC4386
◇ 去加重滤波器 CJC4386 通过 IIR 滤波器实现数字去加重滤波器(tc=50/15us)。这种滤波器在 44.1kHz 时采样,去加重滤波器通过设置 DEM 脚为 H 而被使能。在一半速度和 双倍速度模式下,去加重滤波器总是处于关闭状态。
参数
最小值 典型值 最大值 单位
动态特征
THD+N DR
fs=44.1 kHz 0dBFS BW=20 kHz -60 dBFS
fs=96 kHz 0dBFS BW=40 kHz -60 dBFS (-60 dBFS with A-weighted)
-80 -76
dB
-32
-
dB
-80
-
dB
-32
-
1
MCLK
I 主时钟输入引脚
2
BICK
I 音频串行数据时钟引脚
3
SDTI
I 音频串行数据输入引脚
4
LRCK
I 输入通道时钟引脚
5
PDN
I 掉电状态设置引脚
“H”:上电,“L”:掉电
6
DFS0
I 采样速度选择 0 引脚
7
DFS1
I 采样速度选择 1 引脚
8
DEM
I 去加重滤波器使能引脚
“L”:OFF; “H”:ON
注意 3:为 AC 负载
注意 4:所有的数字输入引脚连接在 VDD 或 VSS 上。
■滤波器特征
(Ta=Tmin~Tmax;VA,VD=2.7~3.6V,fs=44.1kHz)
参数
重点讲解滤波器原理开关电容滤波器原理
讲解滤波器原理开关电容滤波器原理对于滤波器原理,很多朋友充满好奇。
但对于不同类型滤波器而言,其滤波器原理往往有所不同。
所以对于滤波器原理的学习,需尽可能多的了解各式各样的滤波器。
本王中,将主要为大家讲解开关电容滤波器原理,并带来与开关电容滤波器相关的内容。
对于滤波器原理,很多朋友充满好奇。
但对于不同类型滤波器而言,其滤波器原理往往有所不同。
所以对于滤波器原理的学习,需尽可能多的了解各式各样的滤波器。
本王中,将主要为大家讲解开关电容滤波器原理,并带来与开关电容滤波器相关的内容。
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。
开关电容滤波器简介
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。
开关电容滤波器简介
zso123
冲编码调制。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S
CF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
Hale Waihona Puke 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
开关电容滤波器的分析与运用
开关电容滤波器的分析与运用刘新;杨虹;陈海燕【摘要】开关电容作为一种实现有源滤波器的技术在电路设计中的运用与日俱增,首先阐述了开关电容的基本概念,接着对开关电容滤波器进行分析,然后对一个具体的一个二阶低频开关电容滤波器进行了详细讨论,最后采用台机电(TSMC)公司的tsmc024(0.24μm CMOS工艺)进行设计,经过了一系列的优化和仿真工作,得出了比较好的结果.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)006【总页数】3页(P6-8)【关键词】开关电容;滤波器;集成电路;tsmc024【作者】刘新;杨虹;陈海燕【作者单位】重庆邮电大学,重庆,400065;重庆邮电大学,重庆,400065;西南科技大学信息工程学院,四川绵阳,621010【正文语种】中文【中图分类】TN7131 引言开关电容在1972年问世以来,他在电路设计中的运用与日俱增,这主要是与高质量高精度的MOS电容和MOS开关的实用性分不开的。
MOS开关电容电路(SC电路)是由MOS模拟开关和MOS电容组成,电路在时钟信号控制下,完成电荷的储存和转换。
他和运算放大器、比较器等基本电路组合起来,可以构成多种基本的SC电路。
比如SC等效电阻电路、SC积分电路、SC滤波电路等。
开关电容电路的发明使基于MOS工艺的全集成的大规模模拟电路成为现实,而且开关电容电路最具吸引力的地方在于数字化可编程,这主要通过使用MOS电容阵列或者改变他们的时钟频率实现。
开关电容作为一种实现有源滤波器的技术,颇受欢迎,他能比早期的有源RC滤波器精度更高,密度更大。
特别是在低频运用中,开关电容日益盛行,早已扩展到更为通用的信号处理中使用,而且更进一步用来完成完整的采样数据系统,但是到了20世纪80年代中期,以前使用开关电容的系统开始寻求采用数字信号处理解决问题。
虽然数字信号处理方法通常能耗大、硅片面积可利用率低,但他能提供良好的时价比,较容易进行计算机辅助设计,测试方法简单,并且随着VLSI(超大规模集成电路)特征尺寸减小,复杂度增加,以至于一个完整系统可以集成在一个硅片上,也就是SOC(片上系统),这就改变了开关电容的作用。
滤波电容的作用和工作原理
滤波电容的作用和工作原理滤波电容是电子电路中常见的一个元件,它具有很重要的作用。
本文将从滤波电容的作用和工作原理两方面进行说明。
一、滤波电容的作用滤波电容主要用于电源滤波,其作用是将电源中的交流成分滤掉,使得电路中的电流和电压呈现纯净的直流信号。
具体的作用可以总结为以下几点:1. 抑制电源纹波:在直流电源中,由于电压源的稳定性存在一定程度的纹波,滤波电容可以将这些纹波滤除,保证电路的稳定运行。
特别是在需要稳定直流电压的场合,滤波电容起到了至关重要的作用。
2. 平滑输出电压:在一些需要平滑输出电压的电路中,滤波电容可以起到平滑输出电压的作用,避免电压的剧烈波动,保证设备的正常运行。
3. 降低电源噪声:电源中可能存在一些噪声干扰,滤波电容可以有效地降低电源噪声,保证电路的正常工作。
4. 稳定控制信号:在一些控制电路中,滤波电容可以稳定控制信号的幅度和频率,确保设备可以正常进行各种控制操作。
综上所述,滤波电容在电子电路中起到了抑制纹波、平滑输出电压、降低噪声和稳定控制信号等作用,对于保证电路的正常运行和信号质量具有重要意义。
二、滤波电容的工作原理滤波电容的工作原理与电容器的特性密切相关。
电容器具有对电压变化敏感的特点,当交流电压变化时,电容器会吸收或释放电荷,形成电流。
在电源滤波中,滤波电容起到了低通滤波的作用,其工作原理主要体现在以下几个方面:1. 电容器的充电和放电过程:在电源正弦交流电压的作用下,电容器会充电和放电,通过电流的流动来吸收或释放电荷。
当电压上升时,电容器充电,吸收电荷;当电压下降时,电容器放电,释放电荷。
这种充放电过程使得电容器的电流具有一定的延迟特性。
2. 电容器的阻抗特性:电容器的阻抗随着频率的增加而减小,即阻抗对高频信号的电流响应能力较弱。
而滤波电容的工作原理正是基于这一特性,通过选择适当的电容值,将高频部分的信号滤除,保证电路中的信号质量。
3. 电容器的电流平滑特性:电容器具有平滑电流的作用。
带通带阻滤波器开关电容滤波器(1)
频率特性为:
低B通W 高通
阻 带
fH f0 fL
式中
uo
LPF
ui
HPF
用带通和相加器组成的带阻滤波器其框图如图4—27所示。 例如,采用图4—25(a)的带通滤波器和相加器组合便构成
4.3.1 一阶高通滤波电路(HPF)
电路可由一阶LPF互换R C得到 传递函数为:
u+
uo
uI
令s=j有 式中
高通截止频率
-3
+20dB/十倍频
4.3.2 二阶压控电压源高通滤波电路
频率特性:
u+
uo
式中:
要求:Aup﹤3
其幅频特性曲线如图:
运放作为无限增益放大器的多重反馈有源滤波器
Y4
Y5
滤波器或移相器,其传递 图4—30一阶全通滤波器(移相器)电路
函数为Auf(源自s)1 1
sR1C sR1C
Auf ( j ) 1
( j ) 2 arctan RC
(4—40) (4—41a)
(4—41b)
A(ω) 1
0 ω
(ω)
0
1/R1C
ω
- 90 °
图4—31一阶移相器的幅频特性及相频特性
K
1 R2C 2
s2 3 K s RC
1 R2C 2
Ko2
s2
o
Q
s
o2
(4—29)
开关电容滤波器IC发展概况
开关电容滤波器IC发展概况
黄金法
【期刊名称】《振动.测试与诊断》
【年(卷),期】1991(011)002
【摘要】开关电容滤波器(SCF)集成电路是一种新型的单片滤波电路,具有价格低、体积小、性能好、使用灵活方便等优点,因而广泛用于各类振动分析与采集系统中。
目前的SCF芯片在功能和性能上都比初期的产品有了较大的改善。
本文介绍SCF
的原理和特点,并对目前SCF集成电路的种类,功能和性能作了分析和介绍。
【总页数】10页(P53-62)
【作者】黄金法
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN713.1
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1.德国ICE高速列车维修保养体系的发展概况 [J], 缪东
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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
开关电容滤波器
3.1.4电容滤波器应用实例
部分单片滤波器型号和生产厂家
单片滤波器型号
结构与功能
生产厂家
MF10
双2阶通用开关电容滤波器(SCF)
National S关电容单元
串联开关电容单元
一阶低通滤波器
Uo以阶梯波向Um逼近
一阶低通滤波器的时间常数
SCF的特点
MOS集成技术能使SC接近于理想时间常数。Uo的跳变以及时间常数只取决于电容比值,而与绝对值无关 决定开关电容电路的本质行为是各个电容器中的电荷转移。
MAX26X系列
可编程通用SCF(带微处理机接口)
Maxim
UAF42458
有源滤波器(100KHz)FIR(Finite Impulse Response)滤波器
Burr Brown NCR
74HCT297
数字锁相环滤波器
Philips
AD896
可编程Bessel滤波器
Analog
ML2110
双 2阶通用 SCF
小结
精密检波电路 精密半波检波电路的电路组成,工作原理; 几种全波电路,各自的优缺点。 鉴相电路: 几种鉴相电路,各自的特点,测量范围;
小结
积分器: 积分器的工作原理(推导、计算),积分器的误差分析(积分漂移); 电压比较器的特性分析,画传递函数特性曲线,求比较点,根据输入画输出波形等。
Micro Linear
SCF(开关电容滤波器)的特点使用电容和模拟开关代替电阻,通过调整频率来调整电阻值的变化。 SCF的兴起,对滤波器的生产和设计都带来了革命性的变化。各种程控的、高性能的滤波器层出不穷。 SCF的设计可以用专门的软件,也可设计成智能化的、调节方便的特色滤波器电路。
电容滤波器的作用是什么
电容滤波器的作用是什么电容滤波器是一种常用的电子电路元件,用于滤除信号中的高频噪声和干扰,使得电路输出的信号更加平滑和稳定。
电容滤波器通过电容器的充放电特性,在电路中起到滤波的作用,能够有效地降低电路中的高频噪声和波动。
下面将详细解释电容滤波器的作用及其原理。
首先,电容滤波器的作用之一是降低电路中的高频噪声。
在很多电子电路中,由于各种元件的工作原理及外界干扰等因素,信号中会混入各种高频噪声,影响电路的正常工作。
通过在电路中添加电容滤波器,可以使高频噪声信号通过电容器的充放电效应而被滤除,从而净化信号,提高电路的抗干扰能力。
其次,电容滤波器还可以平滑电路输出信号。
在某些电路中,输出的信号可能会出现较大的波动或纹波,给后续电路或设备带来不稳定的工作情况。
电容滤波器的引入能够对这些波动信号进行平滑处理,使得输出信号更加稳定,达到期望的工作效果。
此外,电容滤波器还可以在电源电路中起到滤波作用。
在电源电路中,由于输入的电源信号可能存在不稳定性或含有杂频干扰,会对整个电路系统的正常运行造成影响。
通过合理配置电容滤波器,可以有效地平滑电源信号,去除干扰,提高整个电源系统的可靠性和稳定性。
最后,电容滤波器的原理是利用电容器在电路中的存储和释放电荷的特性来实现滤波效果。
当电路中出现高频干扰信号时,电容器迅速存储这些电荷变化,并在短时间内释放,实现对高频信号的滤除。
这种存储和释放电荷的过程就是电容滤波器实现滤波的关键机制。
综上所述,电容滤波器在电子电路中具有重要的作用,可以有效降低噪声干扰,平滑输出信号,提高电路的稳定性和可靠性。
在实际应用中,根据电路的具体需求和工作条件选择合适的电容滤波器类型和参数,可以更好地发挥其滤波作用,确保电路系统的正常运行。
1。
现代电路理论与技术3
开关电容和开关电流滤波器的分析与设计方法
开关电容电路是一种取样数据电路, 开关电容电路是一种取样数据电路,它不同于 有源RC电路 电路。 有源 电路 。 但是它的基本思想还是基于对有 电路中电阻R的替换 源RC电路中电阻 的替换。因此,开关电容和开 电路中电阻 的替换。因此, 关电流电路基本的设计方法还是以有源RC电路 关电流电路基本的设计方法还是以有源 电路 为基础进行的。 为基础进行的。
现代电路理论与技术
开关电容和开关电流网络 的分析与设计
什么是开关电容网络和开关电流网络 由电容、 由电容、运算放大器和受时钟控制的开关组成 的有源网络称为开关电容网络。 的有源网络称为开关电容网络。开关电容网络简 称为SCN或 SC网络 。 在 MOS集成电路中 , 开关 网络。 集成电路中, 称为 或 网络 集成电路中 电容是一种技术, 电容是一种技术,它是实现模拟信号处理的最流 行的技术之一。 行的技术之一。用开关电容技术实现的滤波器称 为开关电容滤波器,简称为SCF。SCF是开关电 为开关电容滤波器,简称为 。 是开关电 容网络的一个重要应用领域。 容网络的一个重要应用领域。用开关电容可以实 现低通、高通、带通、带阻、 现低通、高通、带通、带阻、幅度均衡和相位均 衡等各种滤波功能。 衡等各种滤波功能。
R eq = 1 fcC
(a)
φ1 φ1
V1 T1 T
(b)
φ2
V2 Von Voff
n−2
n −1
n
n +1
t/T
C T2 Von Voff
φ2
3 2
t/T
n− 1 2
n−
n+
(c) 开关电容并联等效电阻电路
1 2
(d)
基于SCF和DDS的低通滤波电路设计
频率 合成器 , 内部 集成 有3位 相位 累加器 、 弦 波形数 其 2 正 据R M、0 精度 的高速 D C 高速模 拟 比较器 以及 与微 O 1位 A 、 处 理器 的接 口电路 。可用于 产生 高精 度 的频 率和 相位程 序可 控 的正弦信 号 ,借 助于 其 片 内的高速模 拟 比较器 可 以很 方便 地将输 出信 号转换 为1r 电平 的数 字脉 冲。 TL 该脉
[ 章编 号] 8 2 (0 8 10 7 — 2 文 17— 0X20) —0 2 0 61 0
基于SF D 的低通滤波电路设计 C 和D 学与技术 学院 , 安 徽 1 安徽
2安徽 农 业大学理 学院 , 安徽 . 合肥
路 中各 电容 器容 量 之 比和 控 制模 拟 开 关 的 时钟 频率 , 与 单个 电容器 的精 度无 关。 A 23 由M XM 司 生产 的 M X 9是 A I公 8 阶低通 椭 圆开 关 电容 滤 波器 ,其截 止 频率 可在0I z . 至 H 2k z 5H 之间选择, 截止频率 由时钟频率
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20 0 8年第 1 期 安徽 电子 信 息 职业 技术 学 院学报 N . 2 0 01 0 8 第 7 总第 3 期) JR L UO T ACL E COC I R T COG e e l o 4V 1 卷( 4 O NO N ICI LOE E TN & FM I TH LY nr . o 7 U A F H A N GO L R I N A N N O G a N 3 A V O L FE S O O E .
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A CMOS Direct Sampling Mixer Using Switched Capacitor Filter Technique for Software-Defined RadioHong Phuc Ninh,Takashi Moue,Takashi Kurashina,Kenichi Okada,and Akira Matsuzawa Department of Physical Electronics,Tokyo Institute of Technology2-12-1-S3-27Ookayama,Meguro-ku,Tokyo152-8552Japan.Tel/Fax:+81-3-5734-3764,E-mail:phuc@ssc.pe.titech.ac.jpAbstract—This paper proposes a novel direct sampling mixer (DSM)using Switched Capacitor Filter(SCF)for multi-band receivers.The proposed DSM has a higher gain,moreflexibility and lowerflicker noise than that of conventional circuits.The mixer for Digital Terrestrial Television(ISDB-T)1-segment was fabricated in a0.18μm CMOS process,and measured results are presented for a sampling frequency of800MHz.The ex-perimental results exhibit430kHz signal bandwith with27.3dB attenuation of adjacent interferer assuming at3MHz offset.I.I ntroductionNowadays,dozens of wireless communication standards, e.g.GSM,UMTS,WLAN,Bluetooth,GPS,DTV,and RFID, have been used in mobile terminals.Thus it indicates a need for aflexible mobile terminal that can support many wire-less communication standards.However,the present multi-standard terminal consists of several LNAs,VCOs,Mixers. As a result,it becomes more complicated and needs larger area and power comsumption.A multi-standard RF front-end implemented in a single chip is required for smaller size,lower power[1].Software-defined radio(SDR)is focused to satisfy these requirements.The adoption of Muli-tap Direct Sampling Mixer(MTDSM),proposed recently by R.B.Staszewski,et al[2],is one of promising approaches for SDR.However,the conventional MTDSM consists of passive components,thus large gain loss and low order of thefilter are unavoidable problems.Moreover,it is a little difficult to be applied to the wideband wireless applications,e.g.WLAN,UWB,etc,due to narrow pass-band characteristics of MTDSM.In addition theflicker noise is also a tough problem of the conventional MTDSM due to the passband characteristics.In this paper,we propose a MTDSM using Switched Capacitor Filter(SCF), which realizes more gain andflicker-noise supression.More-over,SCF in the proposed MTDSM contributes to provide higher-orderfiltering,which can realize gainflatness over the in-band.II.P roposed DSM A rchitectureFig.1shows the proposed sampling mixer architecture, where RF input signal is sampled,filtered and decimated. This mixer is based on current-mode direct sampling,thus a transconductance amplifier(TA)is used to convert the receivedFig.1.The proposed direct sampling mixer.RF voltage into current domain.The current gets sampled by the local oscillator and integrated into the sampling capacitor C S.During the phaseφ11(orφ12),the sampled RF inputs are accumulated on one C S,while the accumulated charge is read out to the next stage by another C S in the same time.Thus, it performs a Moving-Average(MA)Filtering.Moreover,one capacitor C R shares the charge with C H,a”history”capacitor, and another C R is read out.The total charge stored in C H and C R at phaseφ11(orφ12)is equal to the sum of the remaining charge in the”history”capacitor C H in the previous one and the accumulated charge of the sampling capacitor. This operation introduces an IIR Filtering.The second MA Filtering and IIR Filtering is realized with the same method according to the opposite operating of phaseφ21and phase φ22in the next stage.In the conventional sampling mixer,DC and the harmonic frequency at multiple of local oscillator will also be aliased in with the sampled signal.Thus the DC component become large because of the affect of DC offset and1/f noise.As shown in Fig.1,RF input signal,RF+and RF−are alternately input to thefilter core in the SCF mixer.According to that,the frequency response of the proposed mixer is shifted byπand1D-5103 978-1-4244-1922-7/08/$25.00 ©2008 IEEEFrequency [MHz]V o l t a g e G a i n [d B ]Fig.2.Frequency response of SCF mixer.10k15Frequency [Hz]N F [d B ]Fig.3.The noise figure of SCF mixer.Fig.4.Chip micrograph of SCF mixer.the aliased signal will not be aliased to the DC component,thus smaller DC component can be archieved.Fig.2and 3show the frequency response and noise figure of the proposed mixer respectively,where the TA,OPAmps and switches were designed in MOS device but ideal digital clocking signals.The simulations were performed by using 50Ωinput signal sources and 50Ωterminations.As shown in Fig.2,the peak voltage gain is 32.3dB,and in Fig.3,NF is about 17dB at 430kHz.III.M easurement R esultThe proposed SCF direct sampling mixer has been designed for operation at 800MHz sampling frequency and 430kHz bandwith.A LNTA,where g m is 10mS at sampling frequency,is also included.In addition,two LNTA +DSM for IQ mode are also developed.The mixers and LNTAs have been im-plemented in TSMC 0.18μm CMOS process.Fig.4shows a-30-2010V o l t a g e G a i n (S i m u l a t i o n ) [d B ]Frequency [Hz]01020P o w e r G a i n (M e a s u r e m e n t ) [d B ]Fig.5.Down-converted frequency response of implemented SCF mixer.TABLE IDSM performance summary .Technology TSMC 0.18μm CMOS processLocal Oscillator 800MHz Bandwith430kHz Power Gain@400.1MHz input 12.4dB Attenuation@3MHz o ffset 27.3dB Supply voltage V DD 1.8V LNTA +DSM core current 18∼20mA Power consumption32.4∼36mW Chip area 1150μm ×750μmchip micrograph of the implemented circuit.The core size is 1150μm ×750μm.Two Signal Source Analyzers (Rohde &Schwarz SML02)and Spectrum Analyzer (Advantest R3267)were used for mea-surement.Fig.5shows down-converted frequency response of the mixer.Because of the matching problem of the TA and the output bu ffer,the conversion gain (power gain)of the implemented SCF mixer is small,about 12.4dB at 400.1MHz input.However,the measured results have the same tendency with the simulation,as shown in Fig.5.Table I summarizes the measured results.IV .C onclusionThis paper has proposed a novel direct sampling mixer using SCF with 1/f noise suppression for software-defined radio.The proposed DSM is implemented in 0.18μm CMOS pro-cess.Measurement results show that the circuit works correctly and the experimental results exhibit 430kHz signal bandwith with 27.3dB attenuation of adjacent interferer assuming at 3MHz o ffset.A cknowledgmentThis work is supported by VLSI Design and Education Center (VDEC),the University of Tokyo in collaboration with Cadence Design Systems,Inc.R eferences[1]H.Eul,“ICs for mobile multimedia communications,”Proc.of IEEE InternationalSolid-State Circuits Conf.,Feb.2006,pp.31–35.[2]R.B.Staszewski,et al.,“All-Digital TX Frequency Synthesizer and Discrete-Time Receiver for Bluetooth Radio in 130-nm CMOS,”IEEE Journal of Solid-State Circuits ,V ol.39,No.12,pp.2278-2291,Dec.2004.1D-5104。