第 8章开关电容 开关电容等效电阻电路 开关电容积分器 开关电容低通滤波器 曲秀杰 开关电容 :是由 MOS模拟开关和电容组成在时钟信号的控制下，完成电荷的存储和转换 应用：等效电阻、积分电路、滤波器等 优点 与 CMOS工艺兼容 高精度的时间常数 良好的电压线性度 良好的温度特性 缺点 时钟馈通 需要不重叠的时钟信号 信号的带宽必须小于时钟频率 第 8章开关电容 开关电容等效电阻电路 开关电容积分器 开关电容低通滤波器 曲秀杰 开关电容等效电阻电路 并联型开关电容等效电阻 假设：开关和电容的特性都是理想的 模拟开关：导通电阻为零，关断电阻为无限大，不存在寄生电容，栅电压的设计满足开关正常工作的条件 在这种情况下，模拟开关的通和断由时钟信号的电平控制 MOS电容没有损耗 不考虑时钟信号的上升、下降沿 运算放大器的增益和输入电阻足够高，并且频带足够宽 并联型等效电阻电路 Ф1=1 时 M1导通 M2截止 S接通 1 ，电容 C充电至 V1，存储电荷 Q1=CV1(t) Ф1=0 时 M2导通 M1截止 S接通 2，电容 C通过负载放电至 V2，电容 C存储电荷 Q2=CV2(t) C从 1端到 2端电荷变化量 ΔQ=Q1 -Q2=C(V1-V2) 当时钟 fc远大于信号频率时，一个周期内从 1端到 2端传递的平均电流 1 2 1 2() 121C C e ffcC V V V VQ V VIT T RfC 1effcR fC 当 C固定时，可通过改变 fc的频率来改变 Reff.只要精确地控制 fc和 C的数值，就可以得到精确的等效电阻。
而要做到这一点，比直接做一个精确的电阻要容易得多，而且可以缩小芯片面积 例如，一般 MOS电容 C的数值在 O.1～ 100pF左右，如果取 C=1pF，时钟频率 fc=100kHz，则可得到一个10MΩ 的等效电阻而一个 1pF的 MOS电容的面积约为O.01mm2，为制造 10MΩ 电阻所需面积的 1％所以采用 MOS模拟开关电容电路代替电阻，将大大有利于MOS模拟电路集成度的提高 特别是对某些电路，往往只要求回路的时间常数．如 RC时间常数时间常数为 这就是说，时间常数将只取决于时钟频率 fc和两个电容 C1和 C的比值而时钟频率 fc通常比较稳定、准确，所以时间常数将主要取决于 C1／ C在 MOS集成电路工艺中，两个电容的比值主要取决于电容的版图设计尺寸和光刻偏差，这些是比较容易控制的 所以，把电阻和时间常数的精确控制归结到电容比值的控制是非常有利的 由以上的分析可知，开关电容电路易于实现稳定、准确的时间常数而在模拟电路中常遇到与时间有关的特性，如频率特性、延迟特性等，因此 MOS开关电容电路得到了广泛的应用，并促进了模拟集成电路的发展 . 有两个条件要注意： 采样频率 fc应比信号最高频率 fs高得多，即要求 fc》 fs，才能使被采样的信号不失真地被还原。
1端和 2端的电压 V1和 V2不能受开关闭合的影响，这样可避免开关闭合时，引起电路瞬变和瞬时信号电平的变化 e1 11R/ff cC f C C串联型开关电容等效电阻 Ф 2=1时 M2导通 M1截止 S接通 2 ，电容 C充电至 V1， 存储电荷 Q=C(V1-V2) Ф 1=1时 M1导通 M2截止 S接通 1 ，电容 C通过负载放电，电容 C存储电荷 0 • C电荷变化量 ΔQ=C(V1 -V2) • 电荷的变化量在开关接通和断开的一个周期内电荷变化量相同所以他的等效电阻与并联型等效电阻是相同的 开关电容电路的精度 开关电容一阶低通滤波器为例 传递函数 定义 第 8章开关电容 开关电容等效电阻电路 开关电容积分器 开关电容低通滤波器 曲秀杰 开关电容积分器 RC积分器的正弦传递函数 SC等效电阻代替 R 当 fc一定时， SC传递函数只与 C1和 C2的比值有关，与具体的电容值无关 121H jwj R C 2112211CCjfcCfCjCRjjwHce ff 11CfR ceff 考虑寄生电容后的积分器 '12221'1 1 2 311e ffcppCfcH jwCj R C j CjfCC C C C 对寄生电容不敏感的积分器 第 8章开关电容 开关电容等效电阻电路 开关电容积分器 开关电容低通滤波器 曲秀杰 开关电容低通滤波器 开关电容低通滤波器 电压增益函数 开关电容等效电阻代替电阻 R1 012212111111wwjRjw Cjw CRjw CvvAvic2101CRw 212101CCfCRw c 一阶有源低通滤波器 。