开关电流滤波器简介PPT课件.pptx

开关电流滤波器是一种在电子工程领域中广泛应用的模拟集成电路技术，它主要解决了传统无源RLC滤波器和有源RC滤波器在体积、重量、线性度以及集成化方面的局限。开关电流滤波器是开关电容滤波器的进一步发展，通过巧妙地利用MOS场效应管的电容特性，实现了信号处理和运算，从而在不增加额外成本的情况下提高了电路性能。 无源RLC滤波器通常由电阻、电感和电容组成，但电感的物理特性限制了其在微电子领域的应用，如体积大、重量重以及线性度不足。而有源RC滤波器虽然使用有源器件替代了电感，但因为不易集成到MOS工艺中，且元件精度较低，也存在一定的局限性。 开关电容滤波器则是在MOS电路中用开关和电容替代电阻，克服了有源RC滤波器的集成难题，但仍然需要线性电容，这在标准数字CMOS工艺中难以实现，且成本较高。而开关电流滤波器在此基础上进一步创新，它依赖于MOS管自身的电容而非外部电容进行信号存储，通过开关和电流镜处理输入信号，并以电流形式输出，降低了对线性电容的依赖，使得设计更加简单，功耗更低，运算速度更快。 开关电流滤波器相比于开关电容技术有四个显著优点： 1. 不需要线性电容，利用MOS管栅源间的非线性电容，可以精确处理模拟采样数据信号。 2. 电路结构简单，功耗低，运算速度快。由于主要采用电流镜，电路设计相对简化，且小容量电容使得运算速度提高，工作频率增加。 3. 动态范围宽，电源电压影响小。作为电流模式电路，开关电流滤波器的动态范围较电压模式电路更为宽广，且对电源电压的敏感度较低。 4. 设计实现较为容易，开关电容电路的设计技术和方法可以直接应用于开关电流滤波器的设计。 开关电流滤波器的基本单元电路包括存储电路、延迟电路和积分器电路。其中，开关电流存储电路是最基础的部分，通过控制开关S1的导通和截止，将电流信息以电荷形式存储在MOS场效应管的栅源电容中。MOS管的结构参数，如沟道长度L和宽长比W/L，会影响其电容大小和电流-电压特性。在NMOS管的饱和导通状态下，其电流由萨氏方程描述，与工艺参数、器件尺寸以及栅极和源漏电压有关。 当开关S1截止时，输入电流Iin和偏置电流IB使M1管的栅极电容Cgs1充电，存储电荷。S1导通后，M1和M2的栅极连接，电流根据管子的宽长比重新分配，实现电流的存储和输出。这种技术利用了MOS管栅源间的非线性寄生电容，有效地实现了电流的存储和处理，为高性能的滤波和信号处理提供了可能。