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1、2毕业论文文献综述电子信息工程开关电容滤波器摘要:在集成电路中,大量采用了开关电容滤波器。开关电容滤波器有一些模拟集成滤波器无法比拟的优点。首先在集成电路中,由于工艺上的原因,电阻、电容在集成电路中的实际值与理论设计值一般有5%～20%的偏差[1]。这些偏差累积在一起,对电路总体性能影响很大。而开关电容滤波器则不然。开关电容滤波器的传输函数仅与电路中电容的比值有关。关键词：开关电容；滤波器；集成电路一、开关电容滤波器简介随着大规模集成电路技术的发展,开关电容电路在理论和技术方面发展迅速,成为一个比较活跃的领域。开关电容(switchedcapacitor)网络得到
2、了日益广泛的应用[2]。SC网络一般由MOS开关[3]、电容和集成运放构成。20世纪70年代末SC网络得到迅猛发展,其适合MOS集成技术,并且得到了比较好的精度,随着集成电路技术的发展,对芯片面积和制作成本都有了更高的要求,如今，MOS电路的速度、集成度和微功耗都得到了很大改进,利用MOS集成技术的开关电容电路得到了广泛的应用,范围已由原来单一的有源滤波器扩大到放大、振荡、频率变换及开关电容变压器等领域,已从开关电容电路发展为开关电容网络。其性能主要取决于电容的相对比值。现在两个电容的比值已可控制到0.3%左右。采用合适的技术,可应用小到0.5pF的电容器,改变开
3、关信号额率(时钟频率)[4]来改变电路的参数；能直接处理模拟连续信号。与数字滤波器相比,可省去A/D,D/A装置。此外,因其体积小,可以用MOS工艺将整个开关电容电路集成在一单片上,同时还有功耗小、灵敏度低、温度特性好、易于制造等优点。由于集成这种电路时可以大大地节省芯片面积,而且质量高超、功能优良、技术数据十分准确。开关电容网络成为近年来科技领域中相当受重视的研究领域。二、开关电容滤波器的发展与应用二十世纪八十年代，超大规模集成电路得到工艺在单位面积芯片上集成的电阻、电容等电子集成电阻不仅占用芯片面积大，而且大的温度系耗，不利于超大规模集成电路的小型化。为克服这
4、些缺点，人们开始研究取代电阻的方法。2开关电容滤波器的概念最早在二十世纪五十年代被提出，正因为当时集成工艺不过关，未引起人们的重视。1972年，美国科拟电阻R的方法。1977年，开关电容的单片集成滤波器研制成功，由MOS运算放大器、MOS电容和MOS开关组成的有源开关电源网络。开关电容滤波器由电容的比值确定电路的极点和时间常数，且电容比值可以控制，因此开关电容技术可获得高精度的滤波器。1979年，已有商用在开关电容技术已趋成熟。开关电容滤波器采用代网络理论与集成工艺的一个重大突破。开关电容滤波器利于大规模集成；因为其性能取决误差小于千分之一，并且有很高的精度；功能
5、全可以由开关电容技术进行实现；无需A/D、D/A转换可以做到小于10mW[5]。然而，在使用开关电容滤波器的过程中发现，当滤波器难以实现，而用多片SCF级联的成本太高。采取大的电容分散又不利于集成。有人建议采用电容放大技术减小电容分散，噪声、稳定性和有限带宽等诸多因素又限制了电路的整体性能。又有人提出了采用差动开关电容器减小电路的电容分散，这只需多增加2个开关，却可以成倍的缩小电容分散，便于集成。另外，在NMOS工艺的开关电容滤波器中，因为NMOS运算放大器的开环增益低、摆率小、噪声高和单位增益带宽开关电容滤波器的性能和精度不够理想。因此，高性能高精度成为开关电容
6、滤波器设计的关键。开关电容滤波器中心频率较低，通常都在100kHz以内。尽管如此，开关电容滤波器已广泛应用于中、低频范围的电信、声学等领域[6]。开关电容滤波器的应用以声频范围应用为主程控开关电容滤波器、连续时间滤波器模拟信号处理[7]、振动分析共振谱、语言综合器、音调选择、语声编码、声器、离散傅氏变换等等。总之，开关电容滤波器信息处理等许多领域都有广泛的应用前景[8～10]。用开关电容技术可以很方便的实现大电阻。用开关和电容代替电阻以后，一个10M的电阻可以用一个0.1pF的电容和切换频率为100kHz的开关代替。用一般的MOS工艺集成实现这样一个等效电阻所需要
7、的芯片面积大约是直接集成这样一个电阻所需芯片面积的百分之一。开关电容滤波器不仅克服了有源RC滤波器不便直接集成的主要缺点，同时还具有MOS电路的很多优点。三、开关电容滤波器的设计方法开关电容滤波器[11]的设计可分为变换设计法和直接设计法[12]3.1变换设计法：变换设计法就是在原来设计的连续时间滤波器的基础上，通过一定的变换，将连续时间滤波器转化为开关电容滤波器。变换法的优点就是简单、直观。它的另外一个极其重要的优点就是能够充分应用连续时间滤波器的研究成果来设计取样数据滤波器，从而大大加快了开关电容滤波器的发展。具体操作首先满足滤波要求的s域转移函数H(s)设计
8、出s域滤波
