Language
Country/Area
No result found
Удивительный секрет схем с переключаемыми конденсаторами: как они имитируют резисторы?
В области электронной техники схема с коммутируемыми конденсаторами (SC-схема) постепенно становится технологией, которую нельзя игнорировать, особенно при проектировании интегральных схем. В этом типе схемы используются переключатели для управления процессом заряда и разряда конденсаторов с целью достижения эффекта имитации резисторов. Благодаря слиянию цифровых и аналоговых схем возрастает важность схем SC в различных приложениях.
Принцип работы цепей с переключаемыми конденсаторами основан на перемещении заряда по конденсатору при размыкании и замыкании переключателя. В этой технологии для управления переключателями используются неперекрывающиеся тактовые сигналы, что гарантирует, что ни один из двух переключателей не будет замкнут одновременно. Это значительно упрощает конструкцию фильтров на основе коммутируемых конденсаторов и делает ее более эффективной, поскольку она основана на соотношении емкости и частоты коммутации, а не требует точных значений резисторов.
Обычно схемы SC реализуются с использованием технологии металл-оксид-полупроводник (МОП), включая МОП-конденсаторы и МОП-переключатели на полевых транзисторах (МОП-транзисторы).
Основной принцип работы резистора-имитатора переключаемого конденсатора
Простейшая схема коммутируемого конденсатора обычно состоит из конденсатора и двух переключателей, которые попеременно соединяют вход и выход конденсатора для перемещения заряда с одного конца на другой с заданной частотой переключения. Такую схему можно рассматривать как аналоговый резистор, а ее эквивалентное сопротивление можно выразить как:
R_эквивалент = 1 / (C_S * f)
Где C_S — емкость конденсатора, а f — частота переключения. Более конкретно, этот процесс подчиняется соотношению тока и напряжения, аналогичному закону Ома.
Преимущества схем с коммутируемыми конденсаторами
Схемы с коммутируемыми конденсаторами имеют множество существенных преимуществ по сравнению с традиционными резисторами. Например, поскольку переключатель осуществляет передачу заряда дискретными импульсами, этот подход может аппроксимировать непрерывную работу резистора, когда частота переключения значительно превышает ширину полосы входного сигнала.
Схема с переключаемым конденсатором теоретически считается резистором без потерь, поскольку ее принцип работы исключает тепловые потери, характерные для традиционных резисторов.
Области применения
Аналоговые резисторы с переключаемыми конденсаторами широко используются в интегральных схемах, поскольку их проще и надежнее изготавливать, они имеют широкий диапазон значений сопротивления и требуют относительно небольшой площади кремния. Эту же схему можно использовать в качестве схемы выборки и хранения в дискретных системах, таких как АЦП. В соответствующей фазе синхронизации конденсатор производит выборку аналогового напряжения через переключатель, а во второй фазе выводит это сохраненное выборочное значение через другой переключатель в схему управления для обработки.
Электронный фильтр заменяет традиционный резистор на резистор с переключаемым конденсатором, что позволяет изготовить фильтр, используя только конденсаторы и переключатели, не полагаясь на реальные резисторы.
Улучшения и проблемы
Хотя схемы с переключаемыми конденсаторами обладают множеством преимуществ, они также создают некоторые проблемы, особенно из-за паразитных эффектов. В случаях, когда паразитная емкость значительна, это может повлиять на производительность схемы, что побудило инженеров разрабатывать схемы, нечувствительные к паразитным емкостям.
Эти нечувствительные к паразитам схемы обычно используются в дискретных электронных схемах, таких как квадратичные фильтры, сглаживающие структуры и дельта-сигма-преобразователи данных. Развитие этих технологий еще больше повысит практичность схем с коммутируемыми конденсаторами.
Вывод: Что произойдет в будущем?
По мере развития технологий и появления новых электронных компонентов схемы с переключаемыми конденсаторами будут играть все большую роль во все большем количестве приложений. Они не только вносят важный вклад в повышение эффективности схемы, но и обеспечивают большую гибкость проектирования. В будущем можно ожидать, что этот тип технологии станет более распространенным в проектировании интегральных схем и найдет новые области применения для дальнейшего расширения его потенциала. Считаете ли вы, что схемы с переключаемыми конденсаторами могут заменить традиционные резисторы и стать основным направлением в проектировании электронных схем?
