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。
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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。
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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。