Der Hauptvorteil, den Schaltkondensatorfilter gegenüber digitalen Filtern zu haben scheinen, ist das Potenzial, einen hohen Dynamikbereich zu erreichen, da das Signal nicht quantisiert werden muss.
Als diskrete Zeitfilter teilen sie das Frequenz-Aliasing-Problem des digitalen Filters und benötigen möglicherweise auch mehrere Takte mit unterschiedlichen Frequenzen. Digitale Filter scheinen flexibler und einfacher zu entwerfen, und analoge Filter werden immer noch benötigt, um mit Frequenzen über der Nyquist-Grenze umzugehen.
Welche weiteren Vorteile haben Schaltkondensatorfilter gegenüber digitalen Filtern?
Der Hauptvorteil von Filtern mit geschalteten Kondensatoren besteht darin, dass sie einfach auf einer integrierten Schaltung implementiert werden können. Mit einer Topologie mit geschalteten Kondensatoren können Sie eine Leistung erzielen, die der eines analogen RC-Operationsverstärker-basierten Filters ähnelt, während Sie die Notwendigkeit eines ADC, DSP und DAC auf einem Chip vermeiden.
Schaltungen mit geschalteten Kondensatoren verwenden Kondensatoren und Schalter, um das Verhalten von Widerständen zu emulieren. Darüber hinaus wird der Frequenzgang durch das Verhältnis der Kondensatoren bestimmt, sodass auch Niederfrequenzfilter einfach auf dem Chip realisiert werden können. Der wirkliche Vorteil für IC-Implementierungen besteht darin, dass der Absolutwert von Kapazitäten und Widerständen zwar eine geringe Toleranz aufweist, die Anpassung zwischen ähnlichen Geräten jedoch sehr gut ist. Dadurch ist es möglich, analoge Filter mit relativ hoher Präzision auf einem Chip zu implementieren.
In einer integrierten Schaltung würden Sie aus folgenden Gründen einen Filter mit geschalteten Kondensatoren wählen:
In der Praxis würden Sie auf Platinenebene keinen diskret geschalteten Kondensatorfilter (mit Operationsverstärkern, Kondensatoren und Analogschaltern) verwenden - Sie würden einen aktiven zeitkontinuierlichen RC-Filter verwenden. Es gibt Switched Capacitor Chips, die mit wenigen zusätzlichen Bauteilen gute Filterergebnisse liefern können. Die Verwendung eines Allzweck-DSP auf Platinenebene erfordert zusätzliche Programmierung und verfügt möglicherweise nicht über analoge Ausgänge.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Frequenzeigenschaften des Filters durch Ändern der Taktgeschwindigkeit im laufenden Betrieb geändert werden können. Die Werte der simulierten Widerstände sind eine Funktion der Kapazität und der Taktgeschwindigkeit. Indem Sie die Taktrate variieren, können Sie den effektiven Widerstand im Handumdrehen elektronisch einstellen, etwas, das auf analoge Weise sonst schwer kontrolliert und zuverlässig zu bewerkstelligen ist.
Dieses Merkmal von geschalteten Kondensatoren kann auch außerhalb von Filtern für andere Zwecke verwendet werden, wie z. B. eine elektronisch gesteuerte variable Verstärkung.
Filter höherer Ordnung (4. Ordnung und höher) werden durch einfaches Kaskadieren zusätzlicher Pakete implementiert, und alle klassischen Filter (wie Butterworth, Bessel, Elliptic und Chebyshev) können realisiert werden. mit 60dB Reichweite problemlos und kostengünstig bis 100KHz.
Es ist einfach, harmonische Filter herzustellen.
W5VO
Chris Stratton