一種新穎的遠(yuǎn)紅外信號(hào)處理系統(tǒng)

　　在這個(gè)系統(tǒng)中，N=2，需要共計(jì)十三級(jí)的開(kāi)關(guān)電容濾波器來(lái)獲得低的截止頻率(10Hz)和高的增益(40960)，同時(shí)需要十二級(jí)的抽取濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)降采樣。多速率開(kāi)關(guān)電容濾波器與抽取濾波器部分的詳細(xì)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 多速率開(kāi)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(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)電容濾波器之前必須對(duì)其進(jìn)行抗混疊濾波?？紤]到多速率開(kāi)關(guān)電容濾波器的第一級(jí)的時(shí)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(kāi)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(duì)開(kāi)關(guān)的漏電流和寄生電容效應(yīng)進(jìn)行處理的方法。從傳感器得到的遠(yuǎn)紅外信號(hào)的直流電平和參考電壓存在失調(diào)電壓，這個(gè)失調(diào)電壓經(jīng)過(guò)放大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入飽和狀態(tài)。除此之外，還必須考慮運(yùn)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(yùn)算放大器和相關(guān)雙采樣(CDS)的方法來(lái)減小運(yùn)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(lái)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(kāi)關(guān)電容濾波器的最后一級(jí)的輸出來(lái)調(diào)整抗混疊濾波器的參考電壓。

　　3 電路設(shè)計(jì)

　　3．1 多速率開(kāi)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(jì)中選擇合適的電路和開(kāi)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(kāi)關(guān)電容濾波器的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用CMOS互補(bǔ)開(kāi)關(guān)以減小由寄生電容弓f起的時(shí)鐘饋通效應(yīng)和溝道電荷注人效應(yīng) J，這個(gè)結(jié)構(gòu)本身對(duì)于寄生電容并不敏感，圖2中的放大器為自穩(wěn)零運(yùn)算放大器。

圖2 開(kāi)關(guān)電容濾波器的電路結(jié)構(gòu)。