转换电容器电路介绍

在IC电平上实现模拟信号处理的最流行方法之一是开关电容器电路。本技术的应用范围从过滤器，AC / DC转换器，比较器，电信和之间的一切。

本文将以广泛的概览启动，然后潜入基本电路块：开关盖电阻器的介绍，从开关电容器电路领域提供介绍。

什么是开关电容电路？

开关电容电路是一种离散时间电路，利用由开关控制的电荷进出电容器。开关活动通常由定义明确的、不重叠的时钟控制，这样进出的电荷转移是明确的和确定的。

这些电路可以被认为是一种采样和保持电路，其中的值被采样和通过电路传递，以实现所需的功能。

具有非重叠时钟的开关电容电路。重现图像使用的礼貌马等人。

由于其极其精确的频率响应以及良好的线性度和动态范围，因此开关电容电路在诸如过滤器设计的应用中非常流行。

随着稍后我们看到的，开关盖滤波器的离散时间频率响应完全由电容比和电路时钟频率设置，允许响应恰好按照0.1％的顺序设置。另一方面，连续时间过滤器根据RC时间常数设置其频率响应，其中值可能因过程变化而变化多达20％。

开关电容电阻器

最基本的开关电容电路设计块是开关电容电阻器。如上所述，该电路具有两个相同频率，Ø1和Ø2的非重叠时钟。要分析此电路，我们将看看两个阶段。

开关电容器电阻器。重现图像使用的礼貌Carusone等人。

在第一阶段，开关1在开关2关闭时打开。在此设置中，电荷从节点V1流入电容器。在第二阶段，开关1关闭开关1，关闭开关2。此时，C1连接到节点V2，并且将充电或放电，直到电容器上的最终电压为V2。给出每个阶段的这一充电的总价值

\ [q_1 = c_1v_1]

\ [q_2 = c_1v_2 \]

如果我们要考虑总收费的变化，我们得到以下等式：

\ [\ delta q = c_1（v_1-v_2）= c_1 \ delta v \]

我们知道电流被定义为电荷对时间的变化，时间的变化就是我们的时钟周期，我们可以得到通过这个开关电容的电流的平均值:

\ [i_ {eq} = \ frac {c_1（v_1 -v_2）} {t} = c_1 \ delta vf \]

最后，我们可以使用上述等式来找到电路的等效电阻：

\ [\ mathbf {r_ {eq} = \ frac {t} {c_1} = \ frac {1} {c_1f}} \]

一个快速注意：我将被遗漏更不用说先前的分析假定每天钟周期传输的电荷在许多周期中是恒定的，允许我们近似于平均电流和电阻。对于输入信号相对于采样频率快速变化的情况，需要离散时间Z域分析。

区储蓄和控制频率响应

从这些结果来看，我们可以看到交换帽电路的魔力：它们允许设计人员创造非常紧密控制的电阻这仅取决于时钟频率和电容值。

这种技术的一个好处是它有助于节省空间。实现大电阻通常需要大量的硅面积。两个因素可以通过切换盖电路进行明显更小。

具有非重叠时钟的开关电容集成器。重现图像使用的礼貌Tenhunen等。

另一个好处是，连续时间RC滤波器中的电阻器和电容器之间的不匹配是限制性的。与不同的设备（电容器到电阻器）相对于不同的设备（电容器）相反，相对于不同的设备（电容器）之间的匹配趋于更好（电容器到电容器）。

最后，由于我们的电阻值完全由电容值和频率设置，因此我们可以通过改变时钟频率来动态改变滤波器的频率响应。

开关电容器电路的应用是远宽阔的，并且有充分的理由。来自滤波器到ADC的许多电路利用这些技术的区域节省和紧密控制的频率响应。

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您有设计开关电容器电路的经验吗？如果是这样，请在下面的评论中分享您的经验。