新型交換電容式微分器及其在交換電容式濾波器設計上之應用

Abstract

本論文提出數種新型交換電容式微分器積體電路 (以下簡稱微分器) 和以這些微分器 為基礎的濾波器積體電路, 並加以分析。由微分器的雜訊分析得知它在較低頻的區域 有良好的雜訊疫免能力，而其高頻雜訊又被取樣操作所抑制而不會蓋過微分器的輸出 訊號。因此切換電容式微分器可做為積分器的互補電路，且在許多有趣的新應用領域 的可行性很高，又提供了許多切換電容式電路的不同特性。 將微分器單獨使用或者與積分器並著用，我們一共發展了三種二階式濾波器。由性能 評估得知，每一種二階濾波器均有其獨特性能。因此，我們建立了設計指導原則，以 供選擇二階濾波器來設計高階濾波器，而能達到所需的功能或最佳化功能。 在本論文內，我們尚導出以微分器為基礎的高通和中通階梯濾波器的設計方式及程式 ，其設計方法直截了當，而所設計之濾波器結構簡單，同時有雜散電容免疫力及非常 低的元件靈敏度，這些電路也沒有任何因直流信號而引起不穩定的問題。 應用後應式微分器和分解數學技巧，我們可以設計出無限與有限脈衝響應式轉換函數 。其電路結構與設計方式都非常的簡捷。更甚者，其結構有低的元件靈敏度及好的雜 訊疫免功能，且示沒有任何因直流信號而引起電路不穩定的問題。此外，多道濾波器 尚且可以解決決窄頻道濾波器問題。在本論文內，我們運用微分器來做出時間多工式 及多道濾波器。其結構簡單，且能保持微分器之潛在優點。此外，其電路也較一般使 用積分器者具有較佳性能。 為證明及強調這些電路的優點，我們提出許多設計例題，並且一步步的推導分析。其 中一此電路也在工研院電子所的製程下實做出來，測量結果也與理論結果及模擬結果 相比較。其良好的一致性正印證了這些電路理論與操作的正確性。 我們相信引進微分器進入交換電容式電路領域，將可開啟許多新的具有潛力及獨特功 能之電路及系統，這些電路或系統原來可能無法以傳統交換電容式電路做出。雖然， 在本論文內已經探索了許多重要的應用電路，然而，以微分器為基本電路。依然還是 有許多應用領域可以開發，值得繼續深入研究。