切換電容器電路的簡介
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2025-03-12 16:49:26 | 565 次閱讀
開關(guān)電容器電路是一個離散的時間電路,可利用由開關(guān)控制的電容器輸入和從電容器中的電荷傳輸。開關(guān)活動通常由定義明確的非重疊時鐘控制,因此電荷轉(zhuǎn)移進出是明確的和確定性的?! 】梢詫⑦@些電路視為樣品和保持電路的類型,在該電路中,在該電路中采樣并通過電路傳遞以實現(xiàn)所需功能。

帶有非重疊時鐘的切換電容器電路。重新創(chuàng)建的圖像使用了 Ma等人。
開關(guān)電容器電路在諸如濾波器設(shè)計之類的應(yīng)用中非常流行,這要歸功于其非常準確的頻率響應(yīng)以及良好的線性和動態(tài)范圍。
正如我們稍后看到的那樣,切換盤過濾器的離散時頻響應(yīng)完全由電容比和電路時鐘頻率設(shè)置,從而可以精確地將響應(yīng)設(shè)置為0.1%的順序。另一方面,連續(xù)時間過濾器基于RC時間常數(shù)設(shè)置其頻率響應(yīng),由于過程變化,值可能會變化多達20%。
開關(guān)電容器電阻 開關(guān)電容器電路設(shè)計的最基本構(gòu)建塊是開關(guān)電容器電阻。如前所述,該電路具有兩個相同頻率的非重疊時鐘,即1和2。要分析該電路,我們將查看兩個階段。

開關(guān)電容器電阻。重新創(chuàng)建的圖像由Carusone等人提供。
在第一階段,開關(guān)2關(guān)閉時打開開關(guān)1。在此設(shè)置中,電荷從節(jié)點V1流入電容器。在第二階段,開關(guān)2關(guān)閉時,開關(guān)1打開。此時,C1連接到節(jié)點V2,并將充電或放電,直到電容器上的最終電壓為V2為止。該電荷在每個階段的總價值都給出\ [q_1 = C_1V_1 \]
\ [q_2 = C_1V_2 \]
如果我們考慮總負荷變更,我們將獲得以下方程式:
\ [\ delta q = c_1(v_1-v_2)= C_1 \ delta v \]
知道電流被定義為隨時間的收費變化,并且我們的時間變化不過是我們的時鐘周期,我們可以在此交換電容器上獲得電流的平均值:
\ [i_ {eq} = \ frac {c_1(v_1 -v_2)} {t} = c_1 \ delta vf \]
最后,我們可以使用上述方程來找到電路的等效電阻:
\ [\ Mathbf {r_ {eq} = \ frac {t} {c_1} = \ frac {1} {c_1f}} \]
快速注意:我會被遺忘,更不用說先前的分析假設(shè)每個時鐘周期傳輸?shù)碾姾稍谠S多周期上是恒定的,從而使我們能夠近似平均電流和電阻。對于輸入信號相對于采樣頻率迅速變化的情況,需要進行離散的Z域分析。
區(qū)域節(jié)省和受控頻率響應(yīng)
從這些結(jié)果中,我們可以看到開關(guān)蓋電路電路的魔力:它們允許設(shè)計人員創(chuàng)建非常緊密控制的電阻,僅取決于時鐘頻率和電容器值。 該技術(shù)的一個好處是它有助于節(jié)省空間。達到較大的電阻通常需要大量的硅面積。通過開關(guān)蓋電路,這兩個因素都可以顯著較小。

帶有非重疊時鐘的切換容量集成器。重新創(chuàng)建的圖像由Tenhunen等人提供。
另一個好處是,在連續(xù)的RC濾波器中,電阻器和電容器之間的不匹配是限制的。與不同的設(shè)備(電容器的電容器)(電容器到電阻器),相似設(shè)備之間的匹配往往要好得多(電容器的電容器),從而使切換式置換過濾器具有頻率響應(yīng)更加精確。
最后,由于我們的電阻值是完全由電容值和頻率設(shè)置的,因此我們可以通過更改時鐘頻率來動態(tài)更改過濾器的頻率響應(yīng)。
切換電容器電路的應(yīng)用范圍很廣,這是有充分理由的。從過濾器到ADC的許多電路都利用這些技術(shù)的區(qū)域節(jié)省和嚴格控制的頻率響應(yīng)。
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