一種新穎的遠紅外信號處理系統(tǒng)

　　在這個系統(tǒng)中，N=2，需要共計十三級的開關(guān)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(xiàn)降采樣。多速率開關(guān)電容濾波器與抽取濾波器部分的詳細系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 多速率開關(guān)電容濾波器與抽取濾波器的系統(tǒng)框圖

　　2．2 抗混疊濾波器

　　根據(jù)奈奎斯特采樣定理，在信號通過開關(guān)電容濾波器之前必須對其進行抗混疊濾波?？紤]到多速率開關(guān)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(shù)。

　　2．3 非理想性因素的考慮

　　系統(tǒng)的非理想因素包括：開關(guān)漏電流，寄生電容效應(yīng)和直流失調(diào)電壓。在3．1中闡述了對開關(guān)的漏電流和寄生電容效應(yīng)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(diào)電壓，這個失調(diào)電壓經(jīng)過放大會導(dǎo)致系統(tǒng)進入飽和狀態(tài)。除此之外，還必須考慮運算放大器的輸入失調(diào)電壓，可以選擇自穩(wěn)零放大器，斬波運算放大器和相關(guān)雙采樣(CDS)的方法來減小運算放大器的失調(diào)電壓。系統(tǒng)采用環(huán)路電壓調(diào)整和自穩(wěn)零放大器相結(jié)合的方法來消除失調(diào)電壓。環(huán)路失調(diào)電壓調(diào)整的原理是根據(jù)多速率開關(guān)電容濾波器的最后一級的輸出來調(diào)整抗混疊濾波器的參考電壓。

　　3 電路設(shè)計

　　3．1 多速率開關(guān)電容濾波器

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

圖2 開關(guān)電容濾波器的電路結(jié)構(gòu)。