對(duì)雜散電容抑制性極佳的開關(guān)電容型濾波器的設(shè)計(jì)

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1、利于集成且對(duì)雜散電容抑制性極佳的開關(guān)電容型濾波器Switched-CapacitorFiltersofAdvantageousIntegratedandBestRepressingParasiticCapacitance鄧勤，羅定職業(yè)技術(shù)學(xué)院教育系（廣東羅定527200）DengQin,ElectronicEngineeringDepartmentofLuodingVocationalandTechnologicalCollege(LuodingGuangdong,527200,China)摘要：采用單位緩沖器設(shè)計(jì)對(duì)雜散電容不靈敏的開關(guān)電容(SC)頻率相關(guān)負(fù)電阻

2、(FDNR)元件，利用該元件對(duì)橢園函數(shù)式LC低通濾波器進(jìn)行SC模擬。為了獲得電容最佳值，提出了一種簡單的最優(yōu)化方法。并采用寄生電阻預(yù)畸變與SC負(fù)電阻相結(jié)合的辦法，設(shè)計(jì)的SC濾波器對(duì)雜散電容不靈敏，且電路簡單。本文采用分立元件制作了一個(gè)五階橢園低通SC-FDNR濾波器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法實(shí)用可行，效果明顯。關(guān)鍵詞：雜散電容寄生電阻開關(guān)電容FDNR濾波器Abstract:Anunitbufferisadoptedtodesignfrequencydependencenegativeresistance(FDNR)elementofswitched-capacitor

3、(SC)whichisinsensitivetoparasiticcapacitance.TheelementisusedtosimulateLClowpassfilterofellipsefunctionbySC.Thispaperpresentsasimpleoptimizationmethodtogetthebestvalueofthecapacitance.TheSCfilterisinsensitivetoparasiticcapacitanceimplementedbyasimplecircuitinthewayofcombiningpredisto

4、rtionofparasiticresistanceandSCnegativeresistance.DiscretecomponentsareappliedtoconstructafivestepellipselowpassSC-FDNRfilter.Theexperimentresultsindicatethatthemethodispracticalandefficienthighly.Keywords:Parasiticcapacitance,Parasiticresistance,Switched-capacitor,FDNRFilters中圖分類號(hào)：T

5、M761TM727.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1561-0349（2011）04-1引言開關(guān)電容濾波器由MOS電容、開關(guān)和運(yùn)放組成，其整體結(jié)構(gòu)簡單，具有制造容易、功耗低、體積小、價(jià)廉、性能好等特點(diǎn)。它的應(yīng)用越來越廣泛，大有取代一般濾波器的趨勢。無源LC濾波器具有低靈敏度特性。為使有源濾波器也繼承這一優(yōu)點(diǎn)，人們一直在研究對(duì)無源濾波器直接實(shí)現(xiàn)有源模擬的各種方法。用廣義阻抗變換的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)濾波器，給設(shè)計(jì)者帶來了很多方便，可以使設(shè)計(jì)者很容易地從無源濾波器的設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)有源濾波器的功能。廣義阻抗變換濾波器具有非常好的低失真、低噪聲的特性，且價(jià)格也較合理，與人們熟悉的反饋

6、濾波器相比（例如Sallen＆Key濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)），有更好的噪聲和增益特性。廣義阻抗變換方法可將RLC網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成CRD網(wǎng)絡(luò)，這里的D元件就是頻率相關(guān)負(fù)電阻FDNR(frequencydependentnegativeresistance)元件，從而消除了電感，便于集成，但又保持原電路傳遞函數(shù)不變。使用FDNR元件設(shè)計(jì)濾波器與其它方法比較，可使有源濾波器電路的運(yùn)算放大器數(shù)目更少，且FDNR濾波器的特性非常接近LC無源濾波器，也能方便地實(shí)現(xiàn)高階高Q值濾波器。但這種設(shè)計(jì)方法的潛在缺點(diǎn)是要求實(shí)現(xiàn)浮地電容，從而使濾波器對(duì)各種雜散電容敏感。10本文利用單運(yùn)放設(shè)計(jì)對(duì)雜散（寄

7、生）電容不靈敏的FDNR元件，并采用寄生電阻預(yù)畸變與SC負(fù)電阻相結(jié)合的辦法，設(shè)計(jì)考爾型橢園函數(shù)SC濾波器。為了使電路總電容最小，確定了一組最佳電容值，并推導(dǎo)出一種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)公式，它適應(yīng)任意階考爾型橢園函數(shù)LC低通濾波器的SC模擬。2開關(guān)電容FDNR元件設(shè)計(jì)圖1為FDNR元件的原理電路。在一個(gè)采樣周期T內(nèi)流入該電路的平均電流為：對(duì)上式進(jìn)行Z變換得FDNR元件的Z域輸入阻抗：(1)當(dāng)開關(guān)頻率fC遠(yuǎn)大于信號(hào)頻率f時(shí)有：Z-1=cosT-jsinT1-jT(2)將式(2)代入式(1)得：(3)式(3)中D為：D=Cd×T(4)用SC技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖1的電路如圖2所示，開關(guān)控制

8、時(shí)鐘見圖3。當(dāng)Cx=Cd