切換電容器電路的簡介
出處:維庫電子市場網 發(fā)布于:2025-03-12 16:49:26 | 540 次閱讀
開關電容器電路是一個離散的時間電路,可利用由開關控制的電容器輸入和從電容器中的電荷傳輸。開關活動通常由定義明確的非重疊時鐘控制,因此電荷轉移進出是明確的和確定性的。 可以將這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。
開關電容器電路在諸如濾波器設計之類的應用中非常流行,這要歸功于其非常準確的頻率響應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完全由電容比和電路時鐘頻率設置,從而可以精確地將響應設置為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)設置其頻率響應,由于過程變化,值可能會變化多達20%。
開關電容器電阻 開關電容器電路設計的最基本構建塊是開關電容器電阻。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2關閉時打開開關1。在此設置中,電荷從節(jié)點V1流入電容器。在第二階段,開關2關閉時,開關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
從這些結果中,我們可以看到開關蓋電路電路的魔力:它們允許設計人員創(chuàng)建非常緊密控制的電阻,僅取決于時鐘頻率和電容器值?! ≡摷夹g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。與不同的設備(電容器的電容器)(電容器到電阻器),相似設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。
切換電容器電路的應用范圍很廣,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的區(qū)域節(jié)省和嚴格控制的頻率響應。
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