低失调开关电容滤波器的设计

第１０期王竹萍等：低失调开关电容滤波器的设计

５～２０ｍＶ６｜．而在低压应用中，由于固有信号摆幅的减小，等效输入失调电压的影响将更为严重．

因此，设计中采用反相补偿的ＣＤＳ技术［８３来消除或降低运放输入端失调电压的影响，具体电路结构如图２所示．其中Ｖ。“为运放的等效输入端失调电压．电路工作原理如下：当Ｋ。为高电平时，由于补偿电容Ｃ，的存在使得Ｃ。放电至Ｖ。“，即Ｃ。上保持的电压为一Ｖ。“；当Ｋ。为高电平，即信号采样时，Ｃ。上的电压为

Ｖｉ。一（一ＶⅢ）＝Ｖｉ。＋Ｖｄ．（１）则电路的净输入信号电压为

（Ｖｉ。＋ＶⅢ）一Ｖ越一Ｖｉ。．（２）而未采用ＣＤＳ技术时，电路的净输入信号电压为Ｖｉ。一Ｖ。“，可见，运放输入端的失调电压已被消除，可见此ＣＤＳ技术是十分有效的．

Ｃ

图２反相补偿的ＳＣ积分器

Ｆｉｇ．２Ｏｆｆｓｅｔ—ｆｒｅｅＳＣｉｎｔｅｇｒａｔｏｒｗｉｔｈｉｎｖｅｒｔｉｎｇｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ２仿真结果

设计采用Ｃａｄｅｎｃｅ软件，基于ＣＳＭＣ０．５肚ｍ２Ｐ３ＭＮ阱ＣＭＯＳ工艺，在３．３Ｖ电源电压下，对电路进行仿真，开关电容滤波器幅频特性曲线如图３所示．可见，该滤波器截止频率为１ｋＨｚ，通带增益ｙ０平坦，完全满足微型传感器阵列信号处理电路系统的应用要求．

２０

Ｏ

一２０

∞

墨枷

—６０

一∞

一１００

ｌ

ｆ／ｍ

图３ＳＣＦ幅频特性曲线

Ｆｉｇ．３ＳＣＦａｍｐｌｉｔｕｄｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ

图４为输入信号共模电平为ｉ．６５Ｖ时，未采用相关双采样技术及开关优化处理前后滤波器直流输出对比图，其中的毛刺是在开关通断的瞬间产生的一种不可避免的现象．由图４中可以明显看出，在未使用ＣＤＳ技术及开关均采用单管ＮＭＯＳ开关的情况下，开关电容滤波器的输出直流失调电压约为２ｍＶ；而使用ＣＤＳ技术及优化的开关组合之后，直流失调降低至２３“Ｖ．另外，本滤波器所应用的微型传感器信号处理电路系统目前已经流片，系统整体版图如图５所示．

一ＳＣＦ＋ＣＤＳ…一－ＳＣＦ

ＩＩＩＩ

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ｔ／ｍｓ

图４开关电容滤波器直流失调电压对比

Ｆｉｇ．４ＣｏｎｔｒａｓｔｏｆＳＣＦｏｆｆｓｅｔｖｏｌｔａｇｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｕｓｉｎｇＣＤＳ

图５微型传感器信号处理系统版图

Ｆｉｇ．５Ｌａｙｏｕｔｏｆｍｉｃｒｏ－ｓｅｎｓｏｒｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

３结论

作者设计了一个应用于微型传感器阵列信号处理电路系统的低失调、低通开关电容滤波器，在优化开关时序的同时，优化开关类型，最大限度地降低了开关电荷注入、时钟馈通及非线性导通电阻等非理想特性的影响；并引入相关双采样技术，进一步降低了电路的直流失调电压，提高了开关电容滤波器精度．由于本设计采用双二阶基本节实现，此方法也可推广应用于级联的高阶开关电容滤波器的设计中．

参考文献：

ＥＦＩ范洁川Ｉ．近代流动显示技术［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００２．

ＦａｎＪｉｅｅｈｕａｎ．Ｍｏｄｅｒｎｆｌｏｗｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＮａｔｉｏｎａｌＤｅｆｅｎｓｅＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ。２００２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２］罗伟．开关电容滤波器的设计［ＪＪ．电气开关，２００４，

３（１）：１９—２１．

低失调开关电容滤波器的设计

作者：王竹萍， 仲顺安， 王晓清， WANG Zhu-ping， ZHONG Shun-an， WANG Xiao-qing

作者单位：北京理工大学,信息与电子学院,北京,100081

刊名：

北京理工大学学报

英文刊名：TRANSACTIONS OF BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY

年，卷(期)：2010,30(10)

1.齐勇基于DSP的为剪应力传感器阵列实时信号处理系统 2007

2.熊元新;吴罡基于设计空间的基本开关电容电路滤波器设计[期刊论文]-电力学报 2009(01)

3.饶睿坚开关电容滤波器的分析设计新方法[期刊论文]-现代电子技术 2006(17)

4.罗伟开关电容滤波器的设计[期刊论文]-电气开关 2004(01)

5.范洁川近代流动显示技术 2002

6.Temes G C;Haug K Improved offset-compensation schemes for switched-capacitor circuits[外文期刊] 1984(12)

7.Phillip E A;Doouglas R H;冯军;李智群CMOS模拟集成电路设计 2005

8.刘明亮;尹华杰开关电容电路--从入门到精通 2008

本文链接：/Periodical_bjlgdxxb201010018.aspx