开关电容滤波器基本原理

开关电容滤波器是由MOS电容、开关和运放组成，其整体结构简单、制造简易、价廉，性能较好，大有取代一般滤波器的趋势。

开关电容滤波器的基本原理是，电路的两节点间接有带高速开关的电容器，其效果相当于该两节点间连接一个电阻。图1（a）所示是一个有源RC积分器。在图1（b）中，用一个接地电容C₁和用作开关的源、漏极可互换的增强型MOS三极管T₁、T₂来代替输入电阻R₁（注意此处T₁、T₂用的是简化符号）。图中T₁、T₂用一个不重叠的两相时钟脉冲来驱动[见图1（c）]。假定时钟频率f_c(=1/T_c)远高于信号频率，那么，在φ₁为高电平时，T₁导通而T₂截止[见图1（d）]。此时C₁与输入信号v_I相连，即有：

qC₁=C₁v_I

而在φ₂为高电平时，T₁截止，T₂导通。于是，C₁转接到运放的输入端，如图1（e）所示。此时，C₁放电，将C₁原来所充电荷qC₁传输到C₂上。

由此可见，在每一时钟周期T_c内，从信号源中提取的电荷qC₁=C₁v_I供给了积分电容C₂。因此，在节点1、2之间流过的平均电流为

如果T_c足够短，可以近似认为这个过程是连续的，因而由上式可以在两节点间定义一个等效电路R_eq，即

和 （1）

这样，就可以得到一个等效的积分时间常数

（2）

显然，影响滤波器频率响应的时间常数取决于时钟周期T_c和电容比值C₂/C₁，而与电容的绝对值无关。在MOS工艺中，电容比值的精度可以控制在0.1%以内。这样，只要选用合适的时钟频率（如f_c=100kHz）和不太大的电容比值（如10），对于低频率应用来说，就可获得合适的时间常数（如10^–4s）。