由Intersil首席設(shè)計(jì)工程師Philip Golden撰寫的文章

1970年代末期，開關(guān)電容器濾波器對(duì)集成濾波器設(shè)計(jì)的影響確實(shí)具有革命性，至今仍被認(rèn)為是IC史上最重要的發(fā)明之一［1］。突然之間，以非常緊湊的方式就可以實(shí)現(xiàn)低頻信號(hào)處理所需的痛苦的大時(shí)間常數(shù)，此外，還可以通過時(shí)鐘頻率輕松地對(duì)其進(jìn)行編程。此外，電阻器的直接仿真使開關(guān)電容濾波器設(shè)計(jì)人員能夠利用有源RC濾波器已經(jīng)使用的大量設(shè)計(jì)技術(shù)。

這是新技術(shù)的最關(guān)鍵屬性，因?yàn)樗归_關(guān)電容器設(shè)計(jì)活動(dòng)的確爆發(fā)了，在70年代末和80年代初。但是，也許這項(xiàng)新技術(shù)最令人印象深刻的功能是，這是它在主導(dǎo)模擬設(shè)計(jì)的CMOS技術(shù)中的魅力所在。現(xiàn)在，時(shí)間常數(shù)可能取決于電容性匹配-仍然是CMOS工藝中所有模擬組件中受最嚴(yán)格控制的匹配參數(shù)。

這也不只是在標(biāo)稱條件下成立，這些時(shí)間常數(shù)在過程，溫度和電壓轉(zhuǎn)角上都是可預(yù)測(cè)的，這是有源RC濾波器設(shè)計(jì)者的禍害。開關(guān)，電容匹配和數(shù)字時(shí)鐘的使用使開關(guān)電容器電路不再像一個(gè)新主意，而更像是命運(yùn)。這些時(shí)間常數(shù)在整個(gè)過程，溫度和電壓拐角處都是可預(yù)測(cè)的，這是有源RC濾波器設(shè)計(jì)人員的禍害。

開關(guān)，電容匹配和數(shù)字時(shí)鐘的使用使開關(guān)電容器電路不再像一個(gè)新主意，而更像是命運(yùn)。這些時(shí)間常數(shù)在整個(gè)過程，溫度和電壓拐角處都是可預(yù)測(cè)的，這是有源RC濾波器設(shè)計(jì)人員的禍害。開關(guān)，電容匹配和數(shù)字時(shí)鐘的使用使開關(guān)電容器電路不再像一個(gè)新主意，而更像是命運(yùn)。

開關(guān)帽如何提高過濾精度。

當(dāng)然，開關(guān)電容濾波器具有一些棘手的方面。切換會(huì)引起信號(hào)和任何可能干擾的東西（包括噪聲）的混疊。由于有限的時(shí)鐘速度，對(duì)連續(xù)時(shí)間濾波器的近似具有不準(zhǔn)確性，并且有各種各樣的開關(guān)非理想性需要解決。另外，對(duì)這些過濾器的仿真需要額外的開銷，因此開發(fā)了新的自定義仿真器［5］。但是，從1978年之后的十年間開關(guān)電容器濾波器的出版物數(shù)量之多可以明顯看出，這些問題并沒有證明太麻煩。開關(guān)電容器濾波器與模擬電路領(lǐng)域一樣性感。

在這種情況下，開關(guān)電容器技術(shù)背后的核心思想是在這種出版物出現(xiàn)之前的一個(gè)世紀(jì)才發(fā)明的，并在有史以來最著名的科學(xué)著作之一中發(fā)表，這似乎有些奇怪。因此，可以合理地假設(shè)至少有人讀過它。

因此，開關(guān)電容器的歷史是對(duì)創(chuàng)新是創(chuàng)造力和價(jià)值的結(jié)合這一總原則可想而知的最好的例證之一。換句話說，要真正引起轟動(dòng)，您不僅需要有一個(gè)好主意，還需要有想要使用它的人［2］。

1873年，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clark Maxwell）發(fā)表了一個(gè)想法，他解釋說他想測(cè)量電容器或“電容器”的值，因?yàn)殡娙萜髂軌虼鎯?chǔ)比普通電容器更高的電荷密度，因此經(jīng)常被稱為電容器導(dǎo)體。在“電磁學(xué)論著，第2卷”第374-375頁中，［3］麥克斯韋（Maxwell）描述了將要測(cè)量的電容器連接到電路中以對(duì)其充電。

然后，他使用換向開關(guān)迅速反轉(zhuǎn)電容器連接的極性。隨后，他證明如果以頻率f重復(fù)此操作，則平均電流將等于值1 /（fC）的電阻器的平均電流。

他利用自己可以測(cè)量電阻（使用上述任何一種方法）來替代電阻器，進(jìn)行測(cè)量的事實(shí)，從而計(jì)算出電容器的電容。那么，這是有史以來最著名的技術(shù)量之一，是開關(guān)電容器的核心思想（即，通過開關(guān)電容器來模擬連續(xù)時(shí)間電阻器的平均電阻）。

它以黑白（實(shí)際上是黑色和棕褐色）布局，具有清晰易懂的描述和簡(jiǎn)單的公式以更好地說明原理。那么，為什么要花上幾乎一百年的時(shí)間才能使這個(gè)想法流行起來呢？帶有清晰易懂的描述和簡(jiǎn)單的方程式，以更好地說明原理。那么，為什么要花幾乎一百年的時(shí)間才能使這個(gè)想法流行起來呢？帶有清晰易懂的描述和簡(jiǎn)單的方程式，以更好地說明原理。那么，為什么要花上幾乎一百年的時(shí)間才能使這個(gè)想法流行起來呢？

當(dāng)然，簡(jiǎn)單的原因是，沒有多少人對(duì)確定冷凝器的值感興趣，這是麥克斯韋（Maxwell）規(guī)定的技術(shù)價(jià)值。認(rèn)為它不是一個(gè)創(chuàng)意可能是一個(gè)錯(cuò)誤。這個(gè)問題更有可能是因?yàn)槿藗儧]有緊迫的需求或使用它而根本沒有考慮它。快進(jìn)到1970年代，這是根本的改變，因?yàn)橥蝗恢g世界都在呼吁使用這項(xiàng)技術(shù)。

順便說一下，在這一點(diǎn)上，它被有效地重新發(fā)明了，在1972年Fried的開創(chuàng)性的“模擬采樣數(shù)據(jù)濾波器” IEEE固態(tài)電路雜志上發(fā)表的論文中被描述為“相當(dāng)有趣且以前未被認(rèn)識(shí)”的概念［4］。

那么，這個(gè)故事可以告訴我們?nèi)绾蝿?chuàng)新？在這里，我們有史以來最著名的科學(xué)家之一，在有史以來最著名的科學(xué)著作之一中寫作，描述了將成為模擬電路歷史上最革命的思想之一的人，沒有人注意到。這提醒我們，與潛在客戶隔離的設(shè)計(jì)師可能很難生產(chǎn)出真正能增加價(jià)值的創(chuàng)新產(chǎn)品。

即使他們真的很聰明并且他們的想法很好，這仍然成立。這反過來說明了為什么許多半導(dǎo)體公司面臨的主要挑戰(zhàn)之一是將對(duì)基礎(chǔ)市場(chǎng)需求的深刻理解與內(nèi)部技術(shù)能力聯(lián)系在一起。通常都不容易評(píng)估。

編輯：hfy