三种典型滤波特性和开关电容滤波器.ppt

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1、会计学1三种典型三种典型(dinxng)滤波特性和开关电容滤波特性和开关电容滤波器滤波器第一页，共24页。切比雪夫型低通滤波器的幅频响应:切比雪夫型滤波器以引入通带起伏为代价，使过渡带曲线下降的斜率最大化。在给定过渡带截止速率的情况下，切比雪夫滤波器虽然在通带内的曲线产生了一定幅度的振荡，但是可以用低于巴特沃斯滤波器的阶次来实现，从而降低(jingd)了电路的复杂性和成本。c是-3dB的截止频率切比雪夫多项式 2 12.三种频率响应函数(hnsh)的比较 第1页/共23页第二页，共24页。贝塞尔型低通滤波器的传递函数:与巴特沃斯型滤波器相比，贝塞尔型滤波器的频率特性稍差一些，过渡带衰减缓慢，但

2、它在通带内产生(chnshng)接近线性的相位特性，因而具有良好的瞬态特性。n是滤波器的阶数贝塞尔多项式2.三种频率响应函数(hnsh)的比较 第2页/共23页第三页，共24页。3.三阶(sn ji)压控型低通滤波器的幅频特性 上述三种类型的滤波器并不是拓扑结构不同的电路，实际上它们是同一电路在不同参数配置(pizh)下得到的不同响应函数。以三阶压控型LPF为例，电路如图所示。三阶(sn ji)压控型低通滤波器第3页/共23页第四页，共24页。设截止频率为1kHz，R=1k，巴特沃思型低通滤波器幅频特性的仿真(fn zhn)3.三阶(sn ji)压控型低通滤波器的幅频特性 第4页/共23页第五

3、页，共24页。设截止频率为1kHz，R=1k，切比雪夫型低通滤波器幅频特性的仿真(fn zhn)3.三阶(sn ji)压控型低通滤波器的幅频特性 第5页/共23页第六页，共24页。设截止频率为1kHz，R=1k，贝塞尔型低通滤波器幅频特性的仿真(fn zhn)3.三阶(sn ji)压控型低通滤波器的幅频特性 第6页/共23页第七页，共24页。4.滤波器的瞬态特性(txng)与滤波器传递函数的相频特性有关，瞬态特性表示(biosh)滤波器输入非正弦波信号时的响应 滤波器会产生一个与频率有关(yugun)的相位偏移，如果相位与频率之间是线性关系，那么滤波器仅使信号延时一个常量；反之，若相位的变化是

4、非线性的，即不同的频率成分有不同的相移，则非正弦信号通过这种滤波器时会产生严重的相位失真。描述滤波器瞬态特性的主要参数有群延迟、阶跃响应和冲激响应。滤波器过渡带的幅频特性越陡峭，这种失真越严重。第7页/共23页第八页，共24页。三种(sn zhn)滤波器的冲激响应4.滤波器的瞬态特性(txng)第8页/共23页第九页，共24页。开关电容电路由受时钟脉冲信号控制的模拟开关、电容器和运算放大器三部分组成。开关电容电路的特性仅与各电容器电容量之比的准确性有关，而与电容器的精度无关(wgun)。在集成电路中，可以获得准确性很高的电容比。9.3.1 开关(kigun)电容模拟电阻9.3 开关(kigun

5、)电容滤波器开关电容模拟电阻时钟驱动信号第9页/共23页第十页，共24页。由两相时钟(shzhng)1和2控制开关S1、S2。9.3.1 开关(kigun)电容模拟电阻基本开关电容(dinrng)电路模拟开关S1和S2的动作规律：S1断 S2断 S1通 S2断 S1断 S2断 S1断 S2通第10页/共23页第十一页，共24页。当开关S1闭合(b h)，S2断开时，u1对C充电。充电电荷 。当开关(kigun)S2闭合，S1断开时，C放电。放电电荷 。设开关(kigun)的周期为TCP，节点从左到右传输的总电荷为：9.3.1 开关电容模拟电阻第11页/共23页第十二页，共24页。等效(dn x

6、io)电流：如果时钟脉冲的频率fCP足够高，在一个时钟周期内两个端口的电压可认为基本不变，则基本开关电容单元就可以等效(dn xio)为一个电阻：开关电容的优点：利用MOS工艺控制开关电容的大小，即可制作(zhzu)大阻值的电阻，使用的硅片面积只是传统工艺的1%左右。9.3.1 开关电容模拟电阻第12页/共23页第十三页，共24页。两相时钟1和2的频率 远大于输入信号 的频率，开关电容单元等效为电阻：时间常数(sh jin chn sh)：通带截止频率：9.3.2 一阶RC低通环节(hunji)第13页/共23页第十四页，共24页。时钟(shzhng)频率电容量之比通带截止频率稳定(wndng

7、)、准确 当时钟频率一定时，通带截止频率取决于电容比，而与电容的绝对值无关。集成工艺制作的MOS电容比的精度优于0.01%，温度(wnd)系数小于10ppm/。所以集成开关电容滤波器的截止频率准确度高且稳定性好。9.3.2 一阶RC低通环节第14页/共23页第十五页，共24页。一阶开关(kigun)电容滤波器及其等效电路设 ,9.3.3 一阶开关(kigun)电容低通滤波器第15页/共23页第十六页，共24页。9.3.4 集成开关(kigun)电容滤波器MAX260 MAX260芯片(xn pin)内含两个独立的二阶开关电容滤波单元，每个滤波单元的中心频率f0、品质因数Q及工作模式均可由程序设

8、置。通过编程可以设置64种f0、128个Q值及四种工作模式。芯片(xn pin)内部两个独立的滤波单元分别用A、B 表示。MAX260是美国 MAXIM 公司生产的程控滤波器芯片，可以通过微处理器编程控制滤波器的传递函数，不需要(xyo)外接元件即可构成低通、高通、带通、带阻、全通滤波器，简化了有源滤波器的设计过程。MAX260的引脚图第16页/共23页第十七页，共24页。MAX260通过滤波单元的级联，可以(ky)实现四阶滤波器。由MAX260构成的四阶带通滤波器如图所示。MAX260构成的四阶带通滤波器9.3.4 集成开关(kigun)电容滤波器MAX260第17页/共23页第十八页，共2

9、4页。MAX260的一组二阶滤波单元(dnyun)结构:MAX260的滤波单元结构9.3.4 集成开关(kigun)电容滤波器MAX260第18页/共23页第十九页，共24页。在MAX260的滤波单元(dnyun)中，可采用多种方式配置加法放大器和积分器，实现不同的滤波功能。该芯片通过将编程模式字写入编程内存来选择工作模式。模式1：ALP=-1ABP=-QABE1=ABE2=-1 可以构成(guchng)巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔型滤波器，实现低通和带通滤波功能，也可以构成(guchng)二阶带阻滤波器；该模式与模式4支持高时钟频率。9.3.4 集成开关(kigun)电容滤波器MAX260第1

10、9页/共23页第二十页，共24页。模式(msh)2：ALP=-0.5ABP=-0.707QABE1=-0.5，ABE2=-1 可以构成低通、带通和带阻滤波器。与模式1相比(xin b)，其主要优点在于能够获得更高的Q值和低噪声输出。9.3.4 集成开关(kigun)电容滤波器MAX260第20页/共23页第二十一页，共24页。模式(msh)3：ALP=-1ABP=-QAHP=-1 只有(zhyu)该模式可以构成高通滤波器，也可以构成低通和带通滤波器，其最大输入时钟频率小于模式1中采用的频率。若采用独立的运算放大器，将模式3的高通输出和低通输出相加，就可以构成带阻滤波器。9.3.4 集成(j c

11、hn)开关电容滤波器MAX260第21页/共23页第二十二页，共24页。模式(msh)4：ALP=-2ABP=-2QAAP=-1 仅有此模式提供全通滤波器输出方式，也能提供低通和带通输出；该模式为最快的工作(gngzu)方式，但也应当注意此模式下的f0和Q值具有四种模式中最大的取样误差。9.3.4 集成开关(kigun)电容滤波器MAX260第22页/共23页第二十三页，共24页。内容(nirng)总结会计学。开关电容电路由受时钟脉冲信号控制的模拟开关、电容器和运算放大器三部分组成。9.3.1 开关电容模拟电阻(dinz)。由两相时钟1和2控制开关S1、S2。两相时钟1和2的频率。9.3.2 一阶RC低通环节。9.3.3 一阶开关电容低通滤波器。9.3.4 集成开关电容滤波器MAX260。AAP=-1。仅有此模式提供全通滤波器输出方式，也能提供低通和带通输出第二十四页，共24页。