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  • 开关电容滤波器的“共振”现象
    http://www.ic72.com 发布时间:2007/9/25 9:17:00
      1 在用NW1232低频频率特性测试MAX293的幅频特性时,发现屏幕上除了预期的幅频特性之外,在采样频率及其整数倍的频率处具有窄带通形状的峰值,其高度达到甚至超过了前面幅频特性平坦部分的最大值。也就是说,当输入信号频率等于采样频率或为采样频率的整数倍时,出现了这一现象。此现象从未见文献报导过,暂时称之为“共振”现象,如在使用中对其不加处理,则将严重干扰有用信号。为了弄清原因,重复作了试验。采取自动扫描、手动扫描、变采样频率后扫描等方法,该现象始终如期而至。为了滤去该“高频干扰”,在MAX293电路之后,接上模拟低通滤波器。然而不管接二除低通还是四阶低通模拟滤波器,其输出仍然存在该“干扰”,而且幅值无任何减小。

      1“共振”现象的解释

      用模拟低通滤波器做实验,当然不存在此现象。因此,原因必然在于具有采样环节的开关电容上。在开关电容滤波器中,当开关频率(即采样频率、时钟频率)大大于信号频率时(文献(2)指出,一般要大于20倍),开关电容等效于模拟阻容滤波器中的电阻,可推导出,其等效电阻R=1/(C·fc),其中C为电容,fc为开关滤波[3]。通过分析得到,当信号频率和采频率同频时,就会出现如图1所示的现象。


      图中输入信号vi为正弦波(方波也一样),1、2……为同频采样信号。在相位适当的时候(如图1所示),开关电容滤波器的电容上将出现输入信号的峰值。相位的不同,采样到的值也不同,但各采样点所采样的值是相同的。因此在采样电容上产生一个直流信号,使流波器输出一个直流电平。当观察幅频特性时,在输入信号与采样信号同频且相位合适时,就出现了上述所谓的“共振”现象。而且其后的低通模拟滤波器对此无能为力。同理,当信号频率为采样频率的整数倍时,显然也会出现相同的现象。

      2 试验结果

      为了证实上述的分析,采用如图2(a)所示的一阶低通滤波器作了度验。图中vi为正弦波输入,φ1,φ2为两相脉冲作采样开关信号,vo为输出信号。

      在低频特性测试仪上测试,φ1、φ2的频率fφ为10kHz,除了在近100Hz处转折的低通幅频特性外,在10kHz、20kHz处,出现了峰值。此处fφ即为上述的开关频率fc,其与低通滤波器的转折频率的关系,取决于图2(a)中的C1和C2之比值。此时用电压表测量vo为直流电压4V,用晶体管毫伏表测得输入信号值为2.8V。从而证实了上述分析。

      为了去除“共振”现象,要限制输入信号的范围,使之小于采样频率。因此采用集成开关电容低通滤波器(如MAX293一类)时,在其前面,必须要增加模拟低通滤波器,把采样频率及其以上的高频信号有效的排除在外才行。

      3 基于MAX293的实用抗混滤波器

      集成开关电容滤波器体积小、阶数高、衰减沿陡、改变通带宽度非常方便,因此用途十分广泛,特别是在要求有不同带宽的场合。其缺点是本身有开关噪声,尤其是存在上述的“共振”现象。因此在使用时,要根据不同的要求,采取必要的措施。现以采用MAX293制作抗混滤波器为例予以说明。


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