三电容电路实际应用 - 基本π网络之三电容电路和零极点分析

接线图 2023年09月27日 21:02 215 admin

三电容电路实际应用

看到这里，大家一定会认为我们会拿MOSFET小信号电路作为例子吧？非也，我们当然要找一个更有趣的例子。下面由焦魔为大家讲一个三电容电路的实例：开关电容积分器（SCIntegrator）。

开关电容积分器是有源梯形滤波器（Active Ladder Filter）的基本组成模块。相比于使用电阻电容有源滤波器（OpAmp RC Filter），开关电容滤波器（SC Filter）具有精度高，噪声小，受工艺、电压、温度影响小的优点（原因是我们不再需要电阻这个在芯片上很难做准的元件了）。下图所示为一种基本的开关电容积分器（前向欧拉型，Forward Euler）的电路。

注：在该电路图中，梯形符号代表跨导放大器（Operational Transconductance Amplifier， OTA）。跨导放大器和我们熟悉的运算放大器非常容易混淆，前者使用梯形符号，后者则是三角形符号。运算放大器的模型是一个压控电压源，跨导放大器的模型是一个压控电流源。严格来讲，我们通常所说的集成电路中的运算放大器实际上都是指跨导放大器；而我们做板级电路设计时使用的运放芯片才是真正的运算放大器。

三电容电路实际应用 - 基本π网络之三电容电路和零极点分析第1张

该电路有两个工作相位。在φ1相位，电容C1的电压跟随输入电压vi变化，φ1相位结束时电容C1的电压即为φ2相位开始时的初始电压。φ2相位时电路的小信号模型如下图右侧所示。其中冲激电流源等效代表了C1的初始电压。电路的时序和波形图如下：

三电容电路实际应用 - 基本π网络之三电容电路和零极点分析第2张

电容C1在每个周期的采样值在tk时刻确定，输出电压在每个周期φ2的开始时刻开始变化，先有一个瞬时的前向馈通，然后以指数衰减的形式稳定到最终的电压值，理想情况下电压的变化量由电容C1和C2的比值以及tk时刻采样的输入电压值决定。同时，上一个周期存在C2上的电荷并没有被释放，所以这个电路就变成了一个积分器。如果考虑OTA有限的输出电阻，这个电压变化量会有一定的偏差。

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