反相放大器實施方案示例

　　以下是用普通開關(guān)電容電路實施反相放大器的示例，如圖3所示：

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　　圖3： 用普通開關(guān)電容電路實施反相放大器的示例。

　　本放大器包括運算放大器、輸入電容(CA)、反饋電容(CF)和五個開關(guān)。

　　本電路工作分為兩個不同的階段——采集階段和電荷轉(zhuǎn)移。

　　在采集階段，電路如下所示：

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　　圖3(a)：采集階段的電路圖。

　　在本階段，電容的所有電荷接地，唯一的例外在于，CF上由于輸入偏置電壓緣故有些電荷。CA的輸入側(cè)設(shè)為接地，CF的輸出側(cè)也設(shè)為接地。不過由于電荷方向在采集中不同，因此在電荷轉(zhuǎn)移階段消除了偏置效應(yīng)。由于采集階段自動進(jìn)行上述檢測，因此又稱作“自動歸零”調(diào)整。

　　在電荷轉(zhuǎn)移階段，電路如下所示：

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　　圖3(b)：電荷轉(zhuǎn)移階段的電路圖。

　　輸入電容中存儲的電流量CA計算如下：

　　q = VinCin -----(5)

　　電荷只能通過CF移出，因為運算放大器的輸入阻抗很高。因此，如果通過CF 傳輸?shù)碾姾闪繛閝，那么輸出電壓為：

　　Vout = -q/CF ------(6)

　　以上方程式中的“-”取決于從接地(虛擬接地)到運算放大器輸出電荷的方向。

　　用方程式5和6，我們得到增益如下：

　　Vout/Vin = -CA/CF ----- (7) 標(biāo)準(zhǔn)反相放大器方程式

　　不同電路都能用同樣的普通開關(guān)電容塊創(chuàng)建，滿足過濾器、比較器、調(diào)制器和積分器等不同設(shè)計模塊的要求。

　　可編程模擬解決方案示例

　　我們接下來考慮以下開關(guān)電容積分器：

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　　圖4：開關(guān)電容積分器。

　　以下方程式定義了本積分器的輸出電壓：

　　Vout = Vout z-1 + VinCA/CF -----(8)

　　根據(jù)方程式8，轉(zhuǎn)移函數(shù)為：

　　Gain = Vout/Vin = CA/CF(1-z-1) = 1/s(fsCA/CF) -----(9)

　　根據(jù)方程式9，我們可以發(fā)現(xiàn)，增益取決于電容值和開關(guān)頻率。上述任何一項變化都會改變積分器的增益。

　　下面，假設(shè)我們一開始設(shè)計積分器增益為2，隨著需求的變化，希望增益為3，那么我們只需將開關(guān)頻率調(diào)節(jié)為原先的1.5倍即可。

　　濾波器也可被看作另一個例子。如果用開關(guān)電容電路設(shè)計濾波器，我們只需同樣改變開關(guān)頻率就能調(diào)節(jié)其截止頻率。

　　本文小結(jié)

　　我們可以非常容易地看出上述設(shè)計方法的優(yōu)勢所在。可編程解決方案能加快產(chǎn)品投放市場的速度。集成式運算放大器配合可編程電容開關(guān)使我們在不大幅改動原理圖或板布局的情況下就能改變設(shè)計功能，而固定功能塊實施方案則無法實現(xiàn)這一點。從以上示例中，我們可以看出大多數(shù)模擬電路的基本構(gòu)建塊由運算放大器以及一些開關(guān)電容組成，我們可通過系統(tǒng)中的其他數(shù)字電路控制這些開關(guān)，只需改變開關(guān)頻率就能調(diào)節(jié)電阻值，從而體現(xiàn)出片上模擬解決方案的可編程屬性。高度集成加上可編程性所帶來的出色靈活性有助于節(jié)約BOM，減少板上空間占用，而且在任何設(shè)計階段無需太多努力就能修改設(shè)計方案。