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芯片设计中的开关电容滤波器与噪声分析.docx
资料介绍
开关电容（SC）滤波器利用电容和开关的充放电实现滤波功能，在音频编解码器、通信接收机和传感器接口中广泛应用。SC滤波器的频率响应由电容比和时钟频率决定，精度远高于连续时间RC滤波器，不受工艺波动和温度变化的影响。然而，SC滤波器的噪声性能受采样噪声（kT/C噪声）、运放噪声和时钟馈通的影响，需要在设计中精确分析和优化。本文将从SC积分器、SC滤波器拓扑、kT/C噪声、运放噪声、噪声折叠以及低噪声设计等方面，系统阐述开关电容滤波器与噪声分析的技术方法。
时钟馈通与电荷注入
SC滤波器中的开关非理想性引入额外的噪声和失真。
1. 时钟馈通：时钟馈通通过开关管的栅极-源极/栅极-漏极重叠电容将时钟信号耦合到信号路径，在SC积分器的输出端产生时钟毛刺。时钟馈通使用互补开关（NMOS和PMOS的时钟馈通相互抵消）和虚拟开关（Dummy Switch）抑制。
2. 电荷注入：开关管从导通到关断时，沟道中的电荷通过源极和漏极释放，在采样电容上产生电压误差。电荷注入使用互补开关和底部板采样（Bottom-Plate Sampling）技术抑制。
3. 相关双采样：CDS在SC滤波器中使用两次采样消除低频噪声和直流偏移。CDS在采样阶段同时采样输入信号和运放的失调电压，在积分阶段将失调电压从输出中减去，等效失调电压可降低至1 mV以下。
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