一、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1a所示是一个有源rc积分器。在图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1c。假定时钟频率fc(=1/tc)远高于信号频率，那么，在f1为高电平时，t1导通而t2截止[见图1d]。此时c1与输入信号vi相连，即有：

qc1=c1vi

而在f2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tc内，从信号源中提取的电荷qc1=c1vi。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tc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req，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tc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fc=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)。

二、同相开关电容积分器和反相开关电容积分器

开关电容积分器电路如图1所示。由图a可知，当f1为高电平，t1、t3导通，vi对c1充电;当vi为正，在图示vc1的假定正向下，充电结果vc1有一负电压。当f2为高电平时，vc1将加到运放的反相端，使vo为正，与vi同相，因此，图1a是同相积分电路。如果将t3、t4的时钟相位反相，如图1b所示，读者不难证明，图b具有反相积分器的功能。

三、rc有源积分滤波器转换成开关电容滤波器

图1所示为双二阶(带通和低通)rc有源滤波器，运放a1和a3构成反相积分器，而a2构成单位增益反相器，因而a2、a3构成同相积分器。

对于输入信号来说，vo1具有二阶带通特性，而vo3具有低通特性。其传递函数分别为

(1)

(2)

(a)双二阶rc有源滤波器

(b)对应的开关电容滤波器

在前述开关电容积分器的基础上，根据等效关系，由图a得到图b所示的开关电容带通滤波器和低通滤波器电路。图b中t1~t4和c3、t5~t8和c4、t9~t12和c5，t13~t16和c6分别等效图a中的r4、r1、r2和r3。而图a中的同相积分器，在图b中由t9~t12、c5、c2和运放a2所组成的同相积分器所代替。

四、单片集成开关电容滤波器

自1978年以来，国外已批量生产了各种开关电容滤波器，在脉冲调制编码(pcm)通信①语言信号处理等领域得到了广泛应用，仅美国就有多家公司生产各种开关电容滤波器。目前生产品种数量多、性能好、频率和相位特性最佳的是linear technology公司。下面以该公司的产品为例作一简单介绍。

美国linear technology公司生产通用型(可组合为低通、高通、带通等)和低通型开关电容滤波器，通用型中包含ltc1064(8阶，fo=0.1~140khz，高速fcp max=7mhz，fcp= 1mhz时，时钟馈通噪声电压 )，ltc1164(8阶，fo=0.1~20khz，低功耗，fcp max=500khz)。低通型有十余种，大部分均是8阶的，其ltc1064-1和ltc106404的衰减特性达72db/倍频程和80db/倍频程;ltc1064-3、ltc10640-5等5种8阶低通滤波器均具有线性相位特性，在通带内的相位特性非线性误差在±0.5°~±0.7°。特别值得指出提，目前开关电容滤波器工作频率正向着高频发展，而宽带噪声比80年代初的开关电容滤波器约小两个数量级，某些型号的产品已能对微伏数量级的有用信号进行滤波。

(本文转自电子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0712/article_10521.html)