开关电容滤波器的系统设计与实现

这里需要说明的是，图l所示的低Q值开关电容二阶带通滤波器用到了两个运放，其输出端口分别为V1(z)和Vout(z)。其中V1(z)对应低通滤波特性(如图2下方曲线)，Vout(z)对应带通滤波特性(如图2上方曲线)，其增益峰值都在滤波器的中心频率ω0处获得。为了在滤波器内部得到最大的动态范围，需要在中心频率ω0处V1(z)和Vout(z)相等，分别求得V1(z)和Vout(z)对应于Vin(z)的传输函数，并计算函数对应于中心频率ω0处的取值。计算方法很简单，将s=jω0分别代入传输函数V1(z)和Vout(z)即可。不难发现，在中心频率ω0处，当且仅当α2=α5时，有V1(z)=Vout(z)。图2和图3分别通过仿真分别给出了α2=α5时与α2≠α5时两个运放的输出端的频率幅值响应。仿真结果也很好验证了低Q结构更适合该滤波器设计要求。

3 运算放大器的设计
运算放大器是开关电容滤波器中重要的元件。如果运算放大器的指标不合理，可能会影响到整个滤波器的性能。所以需要根据实际的滤波器的性能要求选择适当的运放指标，从而使整个系统满足要求。该滤波器的设计指标如表1所示。

对于给定指标的运算放大器，合理的结构选择是整个设计中最为关键的一点。在考虑指标实现的同时，还需要考虑到可实现性，同等情况下选择更简单、版图更小的结构。选择一级运放。因为其负载电容就是补偿电容，无需特意去增加补偿电容，而且相对于二级运放(一般用米勒补偿)，一级运放在电源抑制比等方面都有优势。

4 软件设计
系统控制主要包括输入仪表放大器控制、峰值检测控制、开关电容滤波器控制、增益控制、滤波器通道控制、输出反相控制、键盘控制、显示控制等部分。这里主要介绍开关电容滤波器的控制。开关电容滤波器的控制包括时钟发生模块和编程参数控制模块2部分。时钟发生模块用于生成的各个二阶滤波器组件的时钟信号，该可编程滤波器系统共需3路时钟控制。滤波器编程参数控制模块用于实现芯片内部程序存储器编程控制，包括滤波器编程参数读取模块和接口时序控制模块。