[发明专利]一种二阶多功能开关电容滤波器

说明书

本发明提出了一种二阶多功能开关电容滤波器，其特征在于，包含四个电路结构相同的电阻‑电容切换电路，一个开路‑电容切换电路，一个逻辑控制电路，一个运算放大器放大电路和一个低通滤波电路。其显著优势在于通过开关电容结构实现电阻与电容的切换，可实现在低通、高通与带通之间切换，并且通过改变时钟频率可实现滤波特征频率的调节。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及一种开关电容滤波器，尤其涉及一种可以实现低通、高通、带通中转换的特征频率可调的开关电容滤波器。

背景技术

在信号处理工作中，滤波器是一种应用广泛的模拟电路模块。在实际的应用中，出于电路不一样的需求，往往需要设计不同种类的滤波器，因而寻求一种可以实现多种滤波方式的电路结构成为关键。

滤波器根据原理或是拓扑结构的不同可以分为很多种类，在集成电路中大量使用的有连续时间滤波器和开关电容滤波器。相较于连续时间滤波器，开关电容滤波器的优点在于其传递函数取决于电容之间的比值，精度更高。并且，通过改变两相不交叠时钟频率可以改变开关电容模块的等效阻值大小，进而调整滤波器的传递函数。更重要的是，使用电容代替电阻可以有效的节省面积，降低功耗，有利于集成度的提高。

目前，市面上的开关电容滤波芯片中，德州仪器的TLC04是一款基于开关电容的四阶巴特沃斯滤波器，可以实现截止频率从0.1Hz到30kHz的低通滤波。而更为完善地，MF10-N是一款开关电容多功能滤波器，可以完成高通、低通、带通、全通与陷波，亚德诺半导体中的LTC1060的结构与之相似。但是，这两款芯片仍然需要外接电路来实现各种二阶滤波，并没有真正的将其集成在一个电路中。此外，外接电路的精度和寄生电容也会对开关电容滤波器产生不利的影响。

而现有发明专利的研究方向大都聚集在高阶与高精度方面，以及面向于专门应用的滤波器，因此，如何实现多种功能的滤波器如低通、高通及带通一体化设计，是目前需要解决的问题。

发明内容

为了解决现有滤波器无法在低通、高通与带通之间切换，功能较为单一的问题，并且保证更大的工作范围，本发明提出了一种二阶多功能开关电容滤波器，可以自由切换滤波类型且特征频率可调。

本发明采用的技术方案如下：

一种二阶多功能开关电容滤波器，如附图1所示，包含LOW、HIGH、BAND、CLK、IN五个输入引脚和OUT一个输出引脚，其中，LOW、HIGH、BAND用来控制滤波器的状态，CLK为时钟信号，IN为输入信号，OUT为输出信号，其特征在于包含四个电路结构相同的电阻-电容切换电路，一个开路-电容切换电路，一个逻辑控制电路，一个运算放大器放大电路和一个低通滤波电路；

所述电阻-电容切换电路有四个输入端口CLK1、CLK2、IN、RC和一个输出端口OUT，其中，CLK1、CLK2为相位相反的时钟信号，IN为输入信号，OUT为输出信号，RC为控制信号，高电平时电路表现为电容，低电平时电路表现为电阻。四个电阻-电容切换电路的输入端CLK1与CLK2各自相连，并接外部输入时钟。所述第一个电阻-电容切换电路的输入端IN接外部输入信号，输出端OUT与第二、第三个电阻-电容切换电路以及开路-电容切换电路的输入端IN相连。所述第二个电阻-电容切换电路的输出端OUT和运算放大器放大电路的输出端相连。所述第三个电阻-电容切换电路的输出端OUT和运算放大器放大电路的输入端相连。所述第四个电阻-电容切换电路的输入端IN和第三个电阻-电容切换电路的输出端OUT相连，输出端OUT接地。

所述开路-电容切换电路有两个输入端口OC、IN和一个输出端口OUT，其中，IN为输入信号，OUT为输出信号，OC为控制信号，高电平时电路表现为电容，低电平时电路表现为开路。输入端OC接逻辑控制电路带通端口，输入端IN接第一个电阻-电容切换电路的输出端OUT，输出端OUT接地。