基于開關(guān)電容的模擬可編程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　開關(guān)電容電路能把模擬和數(shù)字功能集成在單芯片上，這就是目前的片上系統(tǒng)。傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理電路采用持續(xù)時(shí)基電路，包括電阻、電容和運(yùn)算放大器。持續(xù)時(shí)基模擬電路使用電阻比、電阻強(qiáng)度或電阻值、電容值等設(shè)置轉(zhuǎn)移函數(shù)。采用MOS技術(shù)的電阻和電容絕對(duì)準(zhǔn)確性對(duì)實(shí)施模擬處理功能來說并不夠好。不過，相對(duì)而言，用MOS獲得的電容準(zhǔn)確性還能夠接受。此外，制造高精度小型電容相對(duì)比較簡單，用MOS技術(shù)占用的空間相對(duì)于電阻而言比較少。因此，我們認(rèn)為開關(guān)電容電路目前將逐漸取代傳統(tǒng)的持續(xù)時(shí)基電路。

工作方式

James Clerk Maxwell最早于1873年介紹了用電容仿真電阻的技術(shù)，當(dāng)時(shí)他將電流計(jì)與電池、安培計(jì)和電容串聯(lián)，并定期逆變電容，從而檢測(cè)出電流計(jì)的電阻。類似的方法也曾用于開關(guān)電容電路。通過MOS開關(guān)控制電荷流進(jìn)出，開關(guān)電容電路可用電容仿真電阻?？刂齐姾闪鞫x了電流，從而定義了電阻。以下電路顯示了電荷通過電阻和開關(guān)電容的流動(dòng)情況。


圖1：電荷通過電阻和開關(guān)電容的流動(dòng)情況。

如果我們計(jì)算圖1(a)中通過電阻的電流，應(yīng)采用以下方程式：

i= V/R ------(1)

在圖1(b)中，?1和?2是非重疊時(shí)鐘。?1關(guān)閉時(shí)，?2打開，電容充電至電壓V。存儲(chǔ)在電容中的電荷可由以下方程式得出：

q = CV-----(2)

現(xiàn)在，?1打開而?2 關(guān)閉，存儲(chǔ)在電容中的電荷移動(dòng)至接地。就每對(duì)精確時(shí)序開關(guān)閉合而言，都要移動(dòng)量子電荷。如果開關(guān)頻率由fS得出，則通過電路的電流可由以下方程式得出。

i = q/t = qfS = fSCV ------(3)

我們比較方程式1和3，可得到：

R = 1/fSC --- --(4)

需要注意的重要一點(diǎn)是，等效電阻同電容值和開關(guān)頻率成反比。這說明只需改變電容值或開關(guān)頻率就能改變電阻值。在任何采用數(shù)字資源的系統(tǒng)中，我們都能非常方便地修改開關(guān)頻率，進(jìn)而修改電阻。