淺談開關電容濾波器的故事

由Intersil首席設計工程師Philip Golden撰寫的文章

1970年代末期，開關電容器濾波器對集成濾波器設計的影響確實具有革命性，至今仍被認為是IC史上最重要的發明之一［1］。突然之間，以非常緊湊的方式就可以實現低頻信號處理所需的痛苦的大時間常數，此外，還可以通過時鐘頻率輕松地對其進行編程。此外，電阻器的直接仿真使開關電容濾波器設計人員能夠利用有源RC濾波器已經使用的大量設計技術。

這是新技術的最關鍵屬性，因為它使開關電容器設計活動的確爆發了，在70年代末和80年代初。但是，也許這項新技術最令人印象深刻的功能是，這是它在主導模擬設計的CMOS技術中的魅力所在?，F在，時間常數可能取決于電容性匹配-仍然是CMOS工藝中所有模擬組件中受最嚴格控制的匹配參數。

這也不只是在標稱條件下成立，這些時間常數在過程，溫度和電壓轉角上都是可預測的，這是有源RC濾波器設計者的禍害。開關，電容匹配和數字時鐘的使用使開關電容器電路不再像一個新主意，而更像是命運。這些時間常數在整個過程，溫度和電壓拐角處都是可預測的，這是有源RC濾波器設計人員的禍害。

開關，電容匹配和數字時鐘的使用使開關電容器電路不再像一個新主意，而更像是命運。這些時間常數在整個過程，溫度和電壓拐角處都是可預測的，這是有源RC濾波器設計人員的禍害。開關，電容匹配和數字時鐘的使用使開關電容器電路不再像一個新主意，而更像是命運。

開關帽如何提高過濾精度。

當然，開關電容濾波器具有一些棘手的方面。切換會引起信號和任何可能干擾的東西（包括噪聲）的混疊。由于有限的時鐘速度，對連續時間濾波器的近似具有不準確性，并且有各種各樣的開關非理想性需要解決。另外，對這些過濾器的仿真需要額外的開銷，因此開發了新的自定義仿真器［5］。但是，從1978年之后的十年間開關電容器濾波器的出版物數量之多可以明顯看出，這些問題并沒有證明太麻煩。開關電容器濾波器與模擬電路領域一樣性感。

在這種情況下，開關電容器技術背后的核心思想是在這種出版物出現之前的一個世紀才發明的，并在有史以來最著名的科學著作之一中發表，這似乎有些奇怪。因此，可以合理地假設至少有人讀過它。

因此，開關電容器的歷史是對創新是創造力和價值的結合這一總原則可想而知的最好的例證之一。換句話說，要真正引起轟動，您不僅需要有一個好主意，還需要有想要使用它的人［2］。

1873年，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clark Maxwell）發表了一個想法，他解釋說他想測量電容器或“電容器”的值，因為電容器能夠存儲比普通電容器更高的電荷密度，因此經常被稱為電容器導體。在“電磁學論著，第2卷”第374-375頁中，［3］麥克斯韋（Maxwell）描述了將要測量的電容器連接到電路中以對其充電。

然后，他使用換向開關迅速反轉電容器連接的極性。隨后，他證明如果以頻率f重復此操作，則平均電流將等于值1 /（fC）的電阻器的平均電流。

他利用自己可以測量電阻（使用上述任何一種方法）來替代電阻器，進行測量的事實，從而計算出電容器的電容。那么，這是有史以來最著名的技術量之一，是開關電容器的核心思想（即，通過開關電容器來模擬連續時間電阻器的平均電阻）。

它以黑白（實際上是黑色和棕褐色）布局，具有清晰易懂的描述和簡單的公式以更好地說明原理。那么，為什么要花上幾乎一百年的時間才能使這個想法流行起來呢？帶有清晰易懂的描述和簡單的方程式，以更好地說明原理。那么，為什么要花幾乎一百年的時間才能使這個想法流行起來呢？帶有清晰易懂的描述和簡單的方程式，以更好地說明原理。那么，為什么要花上幾乎一百年的時間才能使這個想法流行起來呢？

當然，簡單的原因是，沒有多少人對確定冷凝器的值感興趣，這是麥克斯韋（Maxwell）規定的技術價值。認為它不是一個創意可能是一個錯誤。這個問題更有可能是因為人們沒有緊迫的需求或使用它而根本沒有考慮它?？爝M到1970年代，這是根本的改變，因為突然之間世界都在呼吁使用這項技術。

順便說一下，在這一點上，它被有效地重新發明了，在1972年Fried的開創性的“模擬采樣數據濾波器” IEEE固態電路雜志上發表的論文中被描述為“相當有趣且以前未被認識”的概念［4］。

那么，這個故事可以告訴我們如何創新？在這里，我們有史以來最著名的科學家之一，在有史以來最著名的科學著作之一中寫作，描述了將成為模擬電路歷史上最革命的思想之一的人，沒有人注意到。這提醒我們，與潛在客戶隔離的設計師可能很難生產出真正能增加價值的創新產品。

即使他們真的很聰明并且他們的想法很好，這仍然成立。這反過來說明了為什么許多半導體公司面臨的主要挑戰之一是將對基礎市場需求的深刻理解與內部技術能力聯系在一起。通常都不容易評估。

編輯：hfy