一种新颖的远红外信号处理系统

　　在这个系统中，N=2，需要共计十三级的开关电容滤波器来获得低的截止频率(10Hz)和高的增益(40960)，同时需要十二级的抽取滤波器来实现降采样。多速率开关电容滤波器与抽取滤波器部分的详细系统框图如图1所示。

图1 多速率开关电容滤波器与抽取滤波器的系统框图

　　2．2 抗混叠滤波器

　　根据奈奎斯特采样定理，在信号通过开关电容滤波器之前必须对其进行抗混叠滤波。考虑到多速率开关电容滤波器的第一级的时钟频率为1．1 MHz，选择抗混叠滤波器的截止频率为500KHz。采用三阶巴特沃思滤波器作为抗混叠滤波器，其通带频率为25KHz，截止带的衰减率为一80dB，公式(5)是此滤波器的传输函数。

　　2．3 非理想性因素的考虑

　　系统的非理想因素包括：开关漏电流，寄生电容效应和直流失调电压。在3．1中阐述了对开关的漏电流和寄生电容效应进行处理的方法。从传感器得到的远红外信号的直流电平和参考电压存在失调电压，这个失调电压经过放大会导致系统进入饱和状态。除此之外，还必须考虑运算放大器的输入失调电压，可以选择自稳零放大器，斩波运算放大器和相关双采样(CDS)的方法来减小运算放大器的失调电压。系统采用环路电压调整和自稳零放大器相结合的方法来消除失调电压。环路失调电压调整的原理是根据多速率开关电容滤波器的最后一级的输出来调整抗混叠滤波器的参考电压。

　　3 电路设计

　　3．1 多速率开关电容滤波器

　　正如前面所提到的那样，如果在电路设计中选择合适的电路和开关就可以使得系统不受寄生电容效应和漏电流的影响。开关电容滤波器的电路结构如图2所示，采用CMOS互补开关以减小由寄生电容弓f起的时钟馈通效应和沟道电荷注人效应 J，这个结构本身对于寄生电容并不敏感，图2中的放大器为自稳零运算放大器。

图2 开关电容滤波器的电路结构。