开关电容滤波器前置、后置滤波器的设计

赵天成，赵英俊

（1.武汉大学 遥感与信息工程学院，湖北 武汉 430079；2.华中科技大学 机械科学与工程学院，湖北 武汉 430074）

开关电容滤波器是一种以电荷转移原理为基础的滤波元件，与传统的模拟滤波器相比，它具有易于生产、便于使用等优点，在各种测试系统中的应用日益广泛[1-4]。

另一方面，开关电容滤波器本身也是一种采样系统，其输入信号的最高频率要受到采样定理的限制，其输出则是台阶状的离散时间信号。通常都要求为开关电容滤波器配置适当的前、后置滤波器，以解决抗混迭和重建的问题，但对前、后置滤波器的设计准则和过程则缺少系统的分析和说明。

为此，笔者以数据采集系统中的抗混迭滤波为例，讨论开关电容滤波器的特征和它的前、后滤波的问题。

1 开关电容滤波器的特征

图1是一个开关电容滤波器的典型结构。在这个开关电容滤波器中，除了输入、输出端外，还有一个时钟输入端，为之提供频率为fclk的采样脉冲。这个时钟频率fclk与开关电容滤波器的中心频率或转角频率fc存在一定的对应关系，即fclk=Nfc，一般N为100或50。这样频率为fin的模拟输入信号，经过开关电容滤波器的处理后，变成了离散的抽样序列。

图1 开关电容滤波器的典型结构Fig.1 Typical structure of a switched-capacitor filter

显然，对开关电容滤波器自身而言，也存在一个抗混迭的问题，因此必须在开关电容滤波器之前对输入信号进行前置滤波，以限制输入信号的最高频率。

开关电容滤波器的输出是一连串的台阶，它不仅在时域上不连续，而且还在频域上增添了新的高频成分。……