Was ist ein Schaltkondensator?
Ein geschalteter Kondensator ist eine elektronische Komponente oder genauer gesagt eine elektronische Schaltung oder ein elektronisches Modul, das typischerweise aus einem Kondensator und zwei Schaltern besteht, die zum Simulieren anderer Komponenten in einer integrierten Schaltung (IC) verwendet werden. Der Widerstand ist eine der am häufigsten simulierten Komponenten. Widerstände sind in der Regel viel zu groß und ungenau, um sie in ICs mit Mikrogröße zu integrieren. Das Switched Capacitor-Modul wird üblicherweise in Anwendungen zur diskreten Zeitsignalverarbeitung und Sprachfrequenzfilterung verwendet. Diese Funktionen werden durch die einzigartigen Eigenschaften von Schaltkreisen ermöglicht, in denen elektrische Ladungen abwechselnd in Kondensatoren hinein- und herausgeführt werden.
Die Fähigkeit von Schaltkreisen mit geschalteten Kondensatoren, einen Widerstand in einer bestimmten Anwendung zu simulieren, war für die Elektronikindustrie äußerst zufällig, da sie die Herstellung komplexerer integrierter Schaltkreise in kleineren Gehäusen ermöglichte. Herkömmliche Widerstände sind im IC-Bereich aufgrund ihrer physikalischen Größe und der Unterschiede in den Widerstandswerten, die bei unterschiedlichen Produktionsläufen auftreten, besonders problematisch. Die in einem geschalteten Kondensatormodul verwendeten Kondensator- und Metalloxidhalbleiterschalter (MOS-Schalter) sind andererseits äußerst kompakt und hinsichtlich ihrer Werte und Toleranzen sehr stabil.
Diese Eigenschaften sorgen für eine äußerst kompakte und genaue interne Schaltung für Mikroprozessoren und integrierte Schaltungen. Ein weiterer Vorteil von Schaltkreisen mit geschalteten Kondensatoren ist die Tatsache, dass die Verwendung dieser Module im Gegensatz zu herkömmlichen Widerständen es Schaltkreisentwicklern ermöglicht, ein gewisses Maß an Frequenzabstimmung in aktive Filteranwendungen einzubeziehen. Diese Abstimmung wird durch Variieren der Taktfrequenz oder des Schalttempos der Schaltung erreicht.
Der tatsächliche Wert der platzsparenden Eigenschaften des Schaltkondensatormoduls ist ersichtlich, wenn man bedenkt, dass ein 1 MΩ-Widerstand mit einem winzigen 10 pF-Kondensator simuliert werden kann, der mit einer Taktrate von 100 kHz geschaltet wird. Wenn in dieser Anwendung ein normaler Widerstand verwendet würde, wäre die gesamte Schaltung um ein Vielfaches so groß wie die des Kondensatormoduls. Ein Tiefpassfilter mit geschaltetem Kondensator und einer Nennleistung von 100 Hz erfordert beispielsweise einen Widerstand von 16 MΩ, der mit einem normalen Widerstand eindeutig nicht zu erreichen wäre.
Die Fortschritte der programmierbaren analogen IC-Technologie in den letzten zehn Jahren wären ohne die Vorteile der Verwendung von Schaltkondensatormodulen nicht möglich gewesen. Die erheblichen Verbesserungen auf dem Gebiet der Mehrpolfilter- und Analog-Digital-Wandlertechnologie wären angesichts des physischen Volumens, der nichtlinearen und inkonsistenten Eigenschaften herkömmlicher Widerstände ebenfalls nicht möglich gewesen. Diese Punkte machen den geschalteten Kondensator zu einem der bedeutendsten Fortschritte bei elektronischen Bauteilen seit Einführung des Transistors.