一種新穎的遠紅外信號處理系統

　　在這個系統中，N=2，需要共計十三級的開關電容濾波器來獲得低的截止頻率(10Hz)和高的增益(40960)，同時需要十二級的抽取濾波器來實現降采樣。多速率開關電容濾波器與抽取濾波器部分的詳細系統框圖如圖1所示。

圖1 多速率開關電容濾波器與抽取濾波器的系統框圖

　　2．2 抗混疊濾波器

　　根據奈奎斯特采樣定理，在信號通過開關電容濾波器之前必須對其進行抗混疊濾波。考慮到多速率開關電容濾波器的第一級的時鐘頻率為1．1 MHz，選擇抗混疊濾波器的截止頻率為500KHz。采用三階巴特沃思濾波器作為抗混疊濾波器，其通帶頻率為25KHz，截止帶的衰減率為一80dB，公式(5)是此濾波器的傳輸函數。

　　2．3 非理想性因素的考慮

　　系統的非理想因素包括：開關漏電流，寄生電容效應和直流失調電壓。在3．1中闡述了對開關的漏電流和寄生電容效應進行處理的方法。從傳感器得到的遠紅外信號的直流電平和參考電壓存在失調電壓，這個失調電壓經過放大會導致系統進入飽和狀態。除此之外，還必須考慮運算放大器的輸入失調電壓，可以選擇自穩零放大器，斬波運算放大器和相關雙采樣(CDS)的方法來減小運算放大器的失調電壓。系統采用環路電壓調整和自穩零放大器相結合的方法來消除失調電壓。環路失調電壓調整的原理是根據多速率開關電容濾波器的最后一級的輸出來調整抗混疊濾波器的參考電壓。

　　3 電路設計

　　3．1 多速率開關電容濾波器

　　正如前面所提到的那樣，如果在電路設計中選擇合適的電路和開關就可以使得系統不受寄生電容效應和漏電流的影響。開關電容濾波器的電路結構如圖2所示，采用CMOS互補開關以減小由寄生電容弓f起的時鐘饋通效應和溝道電荷注人效應 J，這個結構本身對于寄生電容并不敏感，圖2中的放大器為自穩零運算放大器。

圖2 開關電容濾波器的電路結構。