MAX7418 - MAX7425：5 階低通開關電容濾波器的卓越之選

在電子設計領域，濾波器的選擇對于信號處理的質量起著至關重要的作用。今天，我們將深入探討 Analog Devices 公司的 MAX7418 - MAX7425 系列 5 階低通開關電容濾波器（SCFs），了解它們的特性、應用以及設計要點。

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一、概述

MAX7418 - MAX7425 系列濾波器可在單 +5V（MAX7418 - MAX7421）或 +3V（MAX7422 - MAX7425）電源下工作，僅消耗 3mA 電源電流，且轉角頻率范圍為 1Hz 至 45kHz，非常適合低功耗數模轉換器（DAC）后置濾波和抗混疊應用。此外，它們還具備關機模式，可將電源電流降至 0.2μA，進一步降低功耗。

二、關鍵特性

（一）多種濾波響應

該系列濾波器提供了多種濾波響應類型，以滿足不同的應用需求：

1. 橢圓響應（MAX7418/MAX7421/MAX7422/MAX7425）：具有陡峭的滾降特性和良好的阻帶抑制能力。例如，MAX7418/MAX7422 可實現 53dB 的阻帶抑制，過渡比為 1.6；MAX7421/MAX7425 的過渡比為 1.25，滾降更陡峭，同時仍能提供 37dB 的阻帶抑制。
2. 貝塞爾響應（MAX7419/MAX7423）：具有低過沖和快速穩定的響應特性，能夠均勻延遲所有頻率分量，保留階躍輸入的波形形狀，適用于使用多路復用器（mux）選擇輸入信號的模數轉換器（ADC）應用。
3. 巴特沃斯響應（MAX7420/MAX7424）：提供最大平坦的通帶響應，適用于要求通帶內與直流增益偏差最小的儀器儀表應用。

（二）時鐘可調轉角頻率

該系列濾波器支持兩種時鐘選項：自時鐘（通過使用外部電容）和外部時鐘。外部時鐘可實現更精確的轉角頻率控制，轉角頻率與時鐘頻率的比例為 100:1，即 (f{C}=frac{f{CLK}}{100})。

（三）低功耗設計

在正常工作模式下，電源電流僅為 3mA；在關機模式下，電源電流可降至 0.2μA，有效降低了系統功耗。

（四）小封裝形式

采用 8 引腳 μMAX 封裝，節省了電路板空間，適用于對空間要求較高的應用。

（五）低輸出失調

輸出失調電壓低至 ±4mV，確保了輸出信號的準確性。

三、電氣特性

（一）電源要求

• MAX7418 - MAX7421：工作電壓為 +5V，電源電壓范圍為 4.5V 至 5.5V。
• MAX7422 - MAX7425：工作電壓為 +3V，電源電壓范圍為 2.7V 至 3.6V。

（二）濾波特性

• 轉角頻率范圍：MAX7418 - MAX7421 的轉角頻率范圍為 0.001kHz 至 30kHz；MAX7422 - MAX7425 的轉角頻率范圍為 100:1kHz 至 45kHz。
• 時鐘 - 轉角比：均為 100:1。
• 時鐘 - 轉角溫度系數：約為 10ppm/°C。

（三）其他特性

還包括輸出電壓范圍、輸出失調電壓、總諧波失真加噪聲（THD + N）、失調電壓增益、COM 電壓范圍等電氣特性，具體參數可參考文檔中的電氣特性表格。

四、引腳說明

五、設計要點

（一）時鐘信號

• 外部時鐘：使用外部時鐘時，需確保時鐘信號的占空比在 40% 至 60% 之間，并使用由 0 至 VDD 供電的 CMOS 門驅動 CLK 引腳。通過改變外部時鐘的速率可調整濾波器的轉角頻率。
• 內部時鐘：使用內部振蕩器時，CLK 上的電容（Cosc）決定了振蕩器的頻率，計算公式為 (f{OSC(kHz)}=frac{k}{C{OSC}(pF)})，其中 (k=87 ×10^{3}) 適用于 MAX7418/MAX7421/MAX7422/MAX7425，(k=110 ×10^{3}) 適用于 MAX7419/MAX7420/MAX7423/MAX7424。為避免雜散電容影響內部振蕩器頻率，需盡量減小 CLK 處的雜散電容。

（二）輸入阻抗

MAX7418 - MAX7425 的輸入阻抗與時鐘頻率成反比，可通過公式 (Z{IN}=frac{1}{left(f{CLK} × C{IN}right)}) 估算，其中 (C{IN}=1 pF)。在設計時，建議使用輸出電阻小于濾波器輸入阻抗 10% 的驅動器。

（三）低功耗關機模式

將 SHDN 引腳驅動為低電平可啟用關機模式，此時濾波器的電源電流降至 0.2μA，輸出變為高阻抗。若要進行正常操作，需將 SHDN 引腳驅動為高電平或連接到 VDD。

（四）失調和共模輸入調整

COM 引腳設置共模輸入電壓，內部通過電阻分壓器偏置在電源中點。若無需失調調整，可將 OS 引腳連接到 COM；若需要失調調整，可通過電阻分壓器將 OS 引腳連接到外部電源。輸出電壓可通過公式 (V{OUT }=left(V{IN }-V{COM }right)+V{OS}) 計算，其中 ((V{IN }-V{COM })) 由開關電容濾波器進行低通濾波，OS 在輸出級相加。

（五）電源供應

MAX7418 - MAX7421 需使用 +5V 單電源，MAX7422 - MAX7425 需使用 +3V 單電源，并使用 0.1μF 電容將 VDD 旁路至地。若需要雙電源供電，可將 COM 連接到系統地，GND 連接到負電源。

（六）輸入信號幅度范圍

最佳輸入信號范圍可通過觀察給定轉角頻率下信號 - 噪聲加失真（SINAD）比最大時的電壓電平來確定。典型工作特性圖表展示了輸入信號峰 - 峰幅度變化時的 THD + 噪聲響應。

（七）抗混疊和 DAC 后置濾波

在使用 MAX7418 - MAX7425 進行抗混疊或 DAC 后置濾波時，需同步 DAC（或 ADC）和濾波器的時鐘，以避免拍頻混疊到所需通帶內。

六、應用領域

該系列濾波器適用于多種應用場景，包括 ADC 抗混疊、DAC 后置濾波、CT2 基站語音處理等。

七、總結

MAX7418 - MAX7425 系列 5 階低通開關電容濾波器憑借其多種濾波響應、時鐘可調轉角頻率、低功耗設計等特性，為電子工程師提供了一個靈活、高效的濾波解決方案。在實際設計中，工程師需根據具體應用需求，合理選擇濾波器類型和時鐘模式，并注意輸入阻抗、電源供應、失調調整等設計要點，以確保系統的性能和穩定性。你在使用這類濾波器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。