开关电容IC形成陷波滤波器

开关电容滤波器 （SCF） 以易用性而闻名。它们精度高，无需外部元件，并在所有指定的工作条件下保持可预测的响应。对于集成电路 SCF，其紧密匹配和调整的内部电容器产生与外部时钟频率成比例的固定频率和相位响应。

为了构建陷波（带抑制）或通带响应，需要更灵活的通用滤波器。通用滤波器（SCF 或连续时间类型）允许低通、高通、带通或带阻响应的任意组合，但它们每个成本为 3 至 10 美元（1k 个），采用 14 至 16 引脚 DIP 或大型表面贴装封装。它们通常需要双电压电源。

另一方面，图1所示的低通SC滤波器具有支持陷波滤波器配置的功能。这款五阶巴特沃兹低通滤波器采用单电源供电，具有轨到轨I/O，采用纤巧的8引脚μMAX®封装，尺寸仅为8引脚SO的一半，成本不到1.50美元。其内部架构（图2）具有类似于模拟信号处理级中用于产生反馈误差的求和节点。操作时，它低通过滤数量（V在− V.COM） 并添加 V操作系统在输出：

VOUT = (VIN − VCOM) LPF + VOS,

其中（通常）V.COM= VDD/2.

图1.这些简单的连接产生带阻（陷波）滤波器响应。

图2.对IC内部的节点求和（图1）添加一个VDD/2共模电压和外部施加的失调电压。

因此，该器件在输入端增加共模电压（COM），在中间电源处通过内部电阻分压器进行偏置，并且（对于需要失调调整或直流电平转换的应用）在输出端增加一个外部偏置电压（OS）。

为了获得陷波响应，图1中的输入信号和输入都施加到OS，因此这两个信号在输出端相加。操作系统的频率限制在大约 100kHz。在低频下，输出幅度等于|V在+ V操作系统|= 2 |V在|. 在LPF相位响应变化180°的频率下，两个信号的总和接近于零，从而产生陷波频率。（1Hz至10kHz的陷波频率很容易实现。在较高频率下，只有OS信号通过输出。

图3a显示了400Hz陷波和47.5kHz时钟频率的滤波器响应。Q值为1.7，中心频率衰减约为−50dB。

通带中的纹波限制了陷波深度，因此IC1的低通配置中的平坦通带适合此应用。180° 偏移发生在 0.85f 处C，使响应在前陷波和后陷波频率之间平滑地−6dB过渡（图3b）。可用输入带宽为 （f时钟-f时钟/100），由于 f 之间的比率为 100：1C和时钟频率。与所有采样系统一样，必须注意避免输入信号混叠。

图3.将47.5kHz时钟频率施加到图1电路上，会产生一个400Hz陷波滤波器，（a）陷波深度为50dB，（b）Q为1.7。

审核编辑：郭婷