ЭЛЕМЕНТАРНОЕ ВВЕДЕНИЕ В КОНЦЕПЦИЮ

Переключаемых конденсаторов Переключаемый конденсатор, чувствительный к паразитным емкостям.

Рис.3.5. Простейший Переключаемый Конденсатор (ПК)

Примечания.

• Вначале для простоты рассуждений предполагается, что источники напряжений, к которым подключается Переключаемый Конденсатор (ПК) С, являются постоянными, т.е. V₁ и V₂.

• Пусть V₁ > V₂.

• Такты Т₁ и Т₂ не перекрываются, так что отсутствует перекрытие во времени замкнутых состояний ключей.

При замыкании ключа Т₁ в начале N – го такта, конденсатор С₁, а также паразитные емкости С_Р1 и С_Р2 заряжаются до V₁. Далее ключ Т₁ размыкается, через короткий промежуток времени замыкается ключ Т₂, и эти же емкости заряжаются до V₂. Результирующий эффект этого процесса – перенос заряда, равного по абсолютной величине , из источника напряженияV₁ в источник напряжения V₂.

За 1 секунду между источниками V₁иV₂проходит заряд, численно равный среднему току:

, (3.10а)

где - эффективное сопротивление ПК. (3.10в)

Рассчитаем эффективное сопротивление ПК.

Пусть: = 1 пФ; Fs = 100 кГц. Тогда= 10 Мом - величина, достижимая только при использовании усложненного технологического процесса, включающего изготовление на кристалле высокоомных резисторов.

Возможность получать высокоомные сопротивления - первое основное достоинство метода ПК (о втором основном достоинстве метода ПК – ниже).

Обращаем, однако, внимание, что параллельно С₁подключены паразитные конденсаторы С_Р1 и С_Р2, добавляющие свой заряд к заряду С₁. Роль этих конденсаторов практически невозможно учесть с приемлемой точностью ввиду их нелинейности и недостаточной воспроизводимостью параметров кристалла в обедненных областяхP–Nпереходов. Далее описываются типы ПК, не зависящие от паразитных емкостей.

ПК, изображенный на Рис. 3.5 называется неинвертирующим ПК, поскольку в V₂, т.е. коллектор передаваемого заряда, передается заряд со знаком, аналогичным знаку заряда, переходящего из V₁ в V₂ при простом соединении источников V₁ и V₂ резистором.

Описание поведения ПК на Рис. 3.5 в дискретном времени.

Пусть теперь потенциалы источников напряжений, к которым подключается Переключаемый Конденсатор, изменяются во времени.

Пусть момент перехода такта Т₁ из логического нуля в логическую единицу, т.е. , является началом очередного такта. Пусть в моментвнутриN -1 – го такта переключаемый конденсатор отключается от источника напряжения V₁. Поскольку момент очень близок к серединеN -1 – го такта, обозначим его как момент времени . Мгновенное значение входного напряженияв моментзапоминается на конденсаторах. Чуть позже, практически в этот же момент, , и накопленный на емкостях зарядпередается в источник напряженияV₂. Поскольку реальные ключи имеют ненулевое, т.е. конечное сопротивление канала, перенос заряда от конденсаторов в V₂ происходит не мгновенно, и время от момента до момента, равное почти половине периода, есть время для разряда конденсаторов до приемлемой точности. Окончание переноса заряда приходится на момент. Из приведенных рассуждений явствует, чтоописываемый ПК осуществляет задержку на половину такта, и называется «ПК с задержкой». Отметим, однако, что если величина V₁ меняется только на границах тактов, т.е. если предыдущие цепи осуществляют функцию выборки – хранения, то описываемый ПК осуществляет задержку на целый такт.

Из описания работы ПК следует, что изменение потенциала на выходном узле ПК происходит с периодичностью один такт, следовательно узлы основе ПК осуществляют функцию выборки – хранения. В большинстве схем на ПК существует лишь один ПК, а, именно, на границе ПК – системы и внешним аналоговым миром, у которого входной сигнал непрерывен во времени. У остальных же ПК, которых достаточно много, входной сигнал меняется именно на границах тактов, поскольку определяется предыдущими ПК. Поскольку именно эти, остальные ПК, в основном определяют передаточную функцию ПК – системы, принято при анализе ПК схем считать, что задержка в переключаемом конденсаторе с задержкой равна целому такту, т.е. единице. Учет отличия задержки от единицы в (как правило) единственном ПК проводится отдельно, однако, в большинстве ПК – систем достаточно высокого порядка такое уточнение несущественно. Суммируя приведенное выше, отметим, что такой ПК называется «неинвертирующий ПК с задержкой».

Можно написать, что заряд, переходящий из V₁ в V₂ удовлетворяет следующему выражению:

(3.11)