对杂散电容抑制性极佳的开关电容型滤波器的设计

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1、利于集成且对杂散电容抑制性极佳的开关电容型滤波器Switched-CapacitorFiltersofAdvantageousIntegratedandBestRepressingParasiticCapacitance邓勤，罗定职业技术学院教育系（广东罗定527200）DengQin,ElectronicEngineeringDepartmentofLuodingVocationalandTechnologicalCollege(LuodingGuangdong,527200,China)摘要：采用单位缓冲器设计对杂散电容不灵敏的开关电容(SC)频率相关负电阻

2、(FDNR)元件，利用该元件对椭园函数式LC低通滤波器进行SC模拟。为了获得电容最佳值，提出了一种简单的最优化方法。并采用寄生电阻预畸变与SC负电阻相结合的办法，设计的SC滤波器对杂散电容不灵敏，且电路简单。本文采用分立元件制作了一个五阶椭园低通SC-FDNR滤波器，实验结果表明该方法实用可行，效果明显。关键词：杂散电容寄生电阻开关电容FDNR滤波器Abstract:Anunitbufferisadoptedtodesignfrequencydependencenegativeresistance(FDNR)elementofswitched-capacitor

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

4、rtionofparasiticresistanceandSCnegativeresistance.DiscretecomponentsareappliedtoconstructafivestepellipselowpassSC-FDNRfilter.Theexperimentresultsindicatethatthemethodispracticalandefficienthighly.Keywords:Parasiticcapacitance,Parasiticresistance,Switched-capacitor,FDNRFilters中图分类号：T

5、M761TM727.2文献标识码：A文章编号：1561-0349（2011）04-1引言开关电容滤波器由MOS电容、开关和运放组成，其整体结构简单，具有制造容易、功耗低、体积小、价廉、性能好等特点。它的应用越来越广泛，大有取代一般滤波器的趋势。无源LC滤波器具有低灵敏度特性。为使有源滤波器也继承这一优点，人们一直在研究对无源滤波器直接实现有源模拟的各种方法。用广义阻抗变换的拓扑结构来设计滤波器，给设计者带来了很多方便，可以使设计者很容易地从无源滤波器的设计中实现有源滤波器的功能。广义阻抗变换滤波器具有非常好的低失真、低噪声的特性，且价格也较合理，与人们熟悉的反馈

6、滤波器相比（例如Sallen＆Key滤波器拓扑结构），有更好的噪声和增益特性。广义阻抗变换方法可将RLC网络转换成CRD网络，这里的D元件就是频率相关负电阻FDNR(frequencydependentnegativeresistance)元件，从而消除了电感，便于集成，但又保持原电路传递函数不变。使用FDNR元件设计滤波器与其它方法比较，可使有源滤波器电路的运算放大器数目更少，且FDNR滤波器的特性非常接近LC无源滤波器，也能方便地实现高阶高Q值滤波器。但这种设计方法的潜在缺点是要求实现浮地电容，从而使滤波器对各种杂散电容敏感。10本文利用单运放设计对杂散（寄

7、生）电容不灵敏的FDNR元件，并采用寄生电阻预畸变与SC负电阻相结合的办法，设计考尔型椭园函数SC滤波器。为了使电路总电容最小，确定了一组最佳电容值，并推导出一种系统的设计公式，它适应任意阶考尔型椭园函数LC低通滤波器的SC模拟。2开关电容FDNR元件设计图1为FDNR元件的原理电路。在一个采样周期T内流入该电路的平均电流为：对上式进行Z变换得FDNR元件的Z域输入阻抗：(1)当开关频率fC远大于信号频率f时有：Z-1=cosT-jsinT1-jT(2)将式(2)代入式(1)得：(3)式(3)中D为：D=Cd×T(4)用SC技术实现图1的电路如图2所示，开关控制

8、时钟见图3。当Cx=Cd