在 IC 級實現(xiàn)模擬信號處理的最流行方法之一是開關(guān)電容電路。該技術(shù)的應用范圍包括濾波器、AC/DC 轉(zhuǎn)換器、比較器、電信以及介于兩者之間的一切。
    本文將介紹開關(guān)電容器電路領(lǐng)域，從廣泛概述開始，然后深入到基本電路塊：開關(guān)電容器電阻器。
    什么是開關(guān)電容電路？
    開關(guān)電容器電路是一種離散時間電路，它利用開關(guān)控制的電容器進出電荷傳輸。開關(guān)活動通常由明確定義的非重疊時鐘控制，因此進出電荷傳輸是明確且確定的。
    這些電路可以被認為是一種采樣和保持電路，其中對值進行采樣并通過電路傳遞以實現(xiàn)所需的功能。

    具有非重疊時鐘的開關(guān)電容電路
    具有非重疊時鐘的開關(guān)電容電路。重新創(chuàng)建的圖像由Ma 等人提供 。
    開關(guān)電容器電路在濾波器設計等應用中非常受歡迎，這要歸功于其極其精確的頻率響應以及良好的線性度和動態(tài)范圍。
    正如我們稍后將看到的，開關(guān)電容濾波器的離散時頻響應完全由電容比和電路時鐘頻率設置，允許響應精確設置在 0.1% 的數(shù)量級。另一方面，連續(xù)時間濾波器根據(jù) RC 時間常數(shù)設置其頻率響應，其中值可能因工藝變化而變化多達 20%。
    開關(guān)電容電阻器
    開關(guān)電容電路設計的最基本構(gòu)件是開關(guān)電容電阻器。如前所述，該電路有兩個相同頻率的非重疊時鐘 ?1 和 ?2。為了分析這個電路，我們將看兩個階段。

    開關(guān)電容電阻器。
    開關(guān)電容電阻器。重新創(chuàng)建的圖像由Carusone 等人提供。
    在第一階段，開關(guān) 1 導通，開關(guān) 2 關(guān)斷。在此設置中，電荷從節(jié)點 V1 流入電容器。在第二階段，開關(guān) 1 打開，而開關(guān) 2 閉合。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。每個階段此費用的總價值為
    \[Q_1 = C_1V_1\]
    \[Q_2=C_1V_2\]
    如果我們考慮電荷的總變化，我們得到以下等式：
    \[\Delta Q = C_1(V_1-V_2)=C_1 \Delta V\]
    知道電流被定義為電荷相對于時間的變化，而我們的時間變化只不過是我們的時鐘周期，我們可以得到這個開關(guān)電容器上電流的平均值：
    \[I_{eq} = \frac{C_1(V_1 -V_2)}{T} = C_1 \Delta Vf\]
    最后，我們可以利用上面的等式求出電路的等效電阻：
    \[\mathbf{R_{eq}= \frac {T}{C_1} = \frac {1}{C_1f}}\]
    快速說明：如果不提之前的分析假設每個時鐘周期傳輸?shù)碾姾稍诙鄠€周期內(nèi)保持不變，我會忽略這一點，這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快速變化的情況，需要進行離散時間 z 域分析。
    節(jié)省面積和控制頻率響應
    從這些結(jié)果中，我們可以看到開關(guān)電容電路的魔力：它們允許設計人員創(chuàng)建非常嚴格控制的電阻，該電阻僅取決于時鐘頻率和電容器值。
    這種技術(shù)的一個好處是它有助于節(jié)省空間。實現(xiàn)大電阻通常需要相當大的硅面積。使用開關(guān)電容電路可以大大減小這兩個因素。
    具有非重疊時鐘的開關(guān)電容積分器
    具有非重疊時鐘的開關(guān)電容積分器。重建圖像由Tenhunen 等人提供。
    另一個好處是連續(xù)時間 RC 濾波器中電阻器和電容器之間的不匹配是有限的。與不同設備（電容器到電阻器）相比，相似設備之間的匹配（電容器到電容器）往往要好得多，從而使開關(guān)電容濾波器的頻率響應更加精確。
    最后，由于我們的電阻值完全由電容值和頻率設置，我們可以通過改變時鐘頻率來動態(tài)改變?yōu)V波器的頻率響應。
    開關(guān)電容電路的應用廣泛而廣泛——這是有充分理由的。從濾波器到 ADC 的許多電路都利用這些技術(shù)來節(jié)省面積和嚴格控制頻率響應。