三電容電路實際應用

看到這里，大家一定會認為我們會拿MOSFET小信號電路作為例子吧？非也，我們當然要找一個更有趣的例子。下面由焦魔為大家講一個三電容電路的實例：開關電容積分器（SCIntegrator）。

開關電容積分器是有源梯形濾波器（Active Ladder Filter）的基本組成模塊。相比于使用電阻電容有源濾波器（OpAmp RC Filter），開關電容濾波器（SC Filter）具有精度高，噪聲小，受工藝、電壓、溫度影響小的優點（原因是我們不再需要電阻這個在芯片上很難做準的元件了）。下圖所示為一種基本的開關電容積分器（前向歐拉型，Forward Euler）的電路。

注：在該電路圖中，梯形符號代表跨導放大器（Operational Transconductance Amplifier， OTA）。跨導放大器和我們熟悉的運算放大器非常容易混淆，前者使用梯形符號，后者則是三角形符號。運算放大器的模型是一個壓控電壓源，跨導放大器的模型是一個壓控電流源。嚴格來講，我們通常所說的集成電路中的運算放大器實際上都是指跨導放大器；而我們做板級電路設計時使用的運放芯片才是真正的運算放大器。

該電路有兩個工作相位。在φ1相位，電容C1的電壓跟隨輸入電壓vi變化，φ1相位結束時電容C1的電壓即為φ2相位開始時的初始電壓。φ2相位時電路的小信號模型如下圖右側所示。其中沖激電流源等效代表了C1的初始電壓。電路的時序和波形圖如下：

電容C1在每個周期的采樣值在tk時刻確定，輸出電壓在每個周期φ2的開始時刻開始變化，先有一個瞬時的前向饋通，然后以指數衰減的形式穩定到最終的電壓值，理想情況下電壓的變化量由電容C1和C2的比值以及tk時刻采樣的輸入電壓值決定。同時，上一個周期存在C2上的電荷并沒有被釋放，所以這個電路就變成了一個積分器。如果考慮OTA有限的輸出電阻，這個電壓變化量會有一定的偏差。