2023年开关电容滤波器的“共振”现象及其对策.docx

开关电容滤波器的“共振〞现象及其对策 。分析了开关电容滤波器的“共振〞现象及其产生机理。针对该现象提出了解决方法，并结合信号处理仪器系统给出了采用max293制作抗混滤波器的方案。 关键词：开关电容滤波器“共振〞现象抗混编程 1开关电容滤波器的“共振〞现象 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，其高度到达甚至超过了前面幅频特性平坦局部的最大值。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，那么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。 2“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适宜时，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。 3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2023khz，除了在近20230hz处转折的低通幅频特性外，在2023khz、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。 4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。 图3为信号处理仪器硬件框图。其中，max293及其前后的模拟低通滤波器一起，组成通带可编程抗混滤波器。 根据界面 第3页 共3页