Hace tiempo que veo estos circuitos de capacitores conmutados e incluso he visto cómo se utiliza la transformación Z para modelar cómo se comportan estos circuitos. Si bien puedo ver que hay algún capacitor que se enciende, cuál es exactamente el misterio detrás de este dispositivo de 3 terminales, uno de los cuales proviene de algún tipo de reloj. ¿Cómo se genera este reloj?
Me pregunto cómo funcionan estas cosas desde un circuito, pero no sé cómo obtener una buena respuesta exhaustiva.
Los circuitos de tapa conmutada se usan normalmente en el diseño de chips porque es mucho más fácil obtener tapas pequeñas de alto valor que coincidan entre sí que las resistencias que cumplan con todos esos mismos criterios. Hasta que hubo una necesidad, la tecnología y la teoría del circuito no se desarrollaron, una vez que los circuitos se hicieron más pequeños, surgió la necesidad y ¡el bingo! apareció.
La relación entre la resistencia y la capacitancia en un circuito de tapa conmutada es:
\ $ R_ {equ} = \ dfrac {1} {Cf_ {clk}} \ $
Si quiero emular una resistencia \ $ 10M \ Omega \ $ puedo hacerlo con un límite de \ $ 0.5pF \ $ y dos interruptores que se ejecutan a \ $ 200 kHz \ $. los interruptores pueden ser una puerta de transmisión CMOS de 1 PMOS y 1 NMOS. Esto puede tomar \ $ 0.001 mm ^ 2 \ $ en un proceso \ $ 0.5 \ mu m \ $. En comparación, una resistencia difusa \ $ 10 M \ Omega \ $ en el mismo proceso puede requerir \ $ 1.0 mm ^ 2 \ $. Este es un factor de ~ \ $ 1000 \ $.
La imagen S2 se cierra con la apertura de S1, y luego el cierre de S1 y la apertura de S2.
La transferencia de cargo es \ $ \ Delta q = C_1 (V_2-V_1) \ $.
Si repite esto N veces en algún tiempo, t, la cantidad transferida es \ $ \ frac {\ Delta q} {\ Delta t} = C_1 (V_2-V_1) \ frac {N} {\ Delta t} \ $
El término de la izquierda es corriente simple (cargo por tiempo), y \ $ \ frac {N} {\ Delta t} \ $ es simplemente la frecuencia de reloj del cambio, \ $ f_ {clk} \ $
Entonces, al reorganizar un poco, obtenemos \ $ \ frac {(V_2 - V_1)} {i} = \ frac {1} {C_1 f_ {clk}} = R \ $
Como este es un sistema de muestreo, uno debe tener cuidado con los alias. Además, el ruido del reloj puede sangrar a través de toda tu placa si no tienes cuidado. Los IC de filtro de tapa conmutada a menudo se diseñan de modo que las frecuencias de esquina son mucho más bajas que la frecuencia de reloj, por lo que puede filtrar el reloj con un filtro RC simple.
Si tiene una carga de caja negra a través de una fuente de voltaje y observa la corriente promedio en esa caja negra, no podrá decir si la caja negra contenía una resistencia o un capacitor conmutado a tierra.
Todo se basa en R = V / I y Q = CV. I = dQ / dt y dQ = CdV / dt etc ...
La frecuencia de conmutación del capacitor debe estar más allá de la frecuencia más alta que su fuente de voltaje puede producir, es decir, tiene que obedecer el criterio de nyquist, pero si está tratando con audio (por ejemplo) esto no es difícil de implementar. Recuerdo que salieron los IC MF10 y hoy (como dice @rawbrawb) los capcitors están dentro del chip y las cosas son más fáciles.
Mencioné nyquist y usted mencionó las transformadas Z: debe tratar este tipo de filtro con cierto cuidado, ahora está muestreando la entrada a una velocidad de reloj y esto requiere un análisis en la Z - pero principalmente, los chips como los MF10 y sus sucesores facilitan el diseño de filtros de alto orden.
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