LTC1067/LTC1067 - 50：通用雙濾波器構建模塊的深度剖析與應用

引言

在電子工程師的日常設計工作中，濾波器的選擇和設計至關重要。LTC1067/LTC1067 - 50作為一款出色的通用雙濾波器構建模塊，以其豐富的特性和廣泛的應用場景，成為了眾多工程師的青睞之選。今天，我們就來深入探討這款器件的特點、工作模式、應用信息以及典型應用案例。

文件下載：LTC1067.pdf

器件概述

LTC1067/LTC1067 - 50由兩個相同的軌到軌、高精度且動態范圍極寬的二階開關電容構建模塊組成。它采用16引腳窄SSOP和SO封裝，具有以下顯著特點：

1. 供電與輸入輸出特性：支持單3V至±5V供電，軌到軌輸入輸出操作，在單3.3V供電時動態范圍>80dB。
2. 頻率特性：LTC1067的時鐘與中心頻率比為100:1，LTC1067 - 50為50:1；內部采樣與中心頻率比LTC1067是200:1，LTC1067 - 50是100:1；中心頻率誤差典型值<±0.2%。
3. 低噪聲特性：噪聲<40μV RMS ，且可通過內部電阻進行定制。

工作模式詳解

模式1

此模式下，外部時鐘頻率與每個二階部分中心頻率的比率在內部固定為器件的標稱比率。它可用于制作高階巴特沃斯低通濾波器、低Q陷波濾波器以及級聯調諧在相同中心頻率的二階帶通函數。其速度比模式3快。

模式1b

由模式1派生而來，通過增加兩個電阻R5和R6，可降低從低通輸出反饋到SA（或SB）開關電容求和器輸入的電壓量，從而使濾波器的時鐘到中心頻率比能調整到超出器件的標稱比率。該模式保留了模式1的速度優勢，適用于高Q設計。

模式3

該模式下，外部時鐘頻率與每個二階部分中心頻率的比率可在器件標稱比率的上下進行調整。它是經典的狀態變量配置，可用于制作高階全極點帶通、低通和高通濾波器，但速度比模式1慢。

模式2

是模式1和模式3的組合，時鐘到中心頻率比fCLK/fO總是小于器件的標稱比率。其優勢在于對電阻容差的敏感度低于模式3，且具有高通 - 陷波輸出。

模式3a

是模式3的擴展，通過兩個外部電阻Rh和RL將高通和低通輸出相加，可創建陷波。該模式比模式2更通用，陷波頻率可高于或低于二階部分的中心頻率。

模式2n

將模式3a的電路拓撲擴展到模式2，通過兩個外部電阻RH和RL將高通 - 陷波和低通輸出相加，可創建一個陷波頻率高于模式2的低通輸出，在低通橢圓設計中非常有用。

應用信息分析

輸入偏移問題

開關電容積分器通常比離散RC積分器具有更高的輸入偏移，主要是由于CMOS開關向集成電容注入電荷以及積分器運算放大器的偏移所致。文中給出了二階部分的輸入偏移示意圖以及不同模式和輸出引腳的輸出偏移電壓公式。

操作限制

• 最大Q值與頻率關系：典型性能特性中的最大Q值與頻率（f0）圖定義了每個LTC1067（或LTC1067 - 50）二階部分的操作Q值上限。當通帶增益誤差開始超過1dB時，可使用電容CC來降低增益誤差。
• 時鐘饋通：時鐘饋通是指濾波器輸出引腳處存在的時鐘頻率及其諧波的RMS值，它與PCB布局和電源值有關。通過在最終濾波器輸出端添加簡單的RC低通網絡可大大降低時鐘饋通。
• 寬帶噪聲：濾波器的寬帶噪聲是器件噪聲頻譜密度的總RMS值，用于確定操作信噪比。大部分頻率成分位于濾波器通帶內，無法通過后置濾波降低。
• 混疊：是開關電容濾波器固有的現象，當輸入信號頻率產生的最強混疊分量的頻率（fSAMPLING - fIN）落入濾波器通帶時會發生。
• 輸出負載：包括電阻性負載和電容性負載的影響。電阻性負載影響最大輸出信號擺幅，電容性負載會降低運算放大器的穩定性，應將電容性負載保持在20pF以下。
• 未使用部分的處理：若LTC1067或LTC1067 - 50作為單個二階濾波器使用，未使用的二階部分不應懸空，應按文中所示進行連接。
• 單電源電壓下的輸出電壓擺幅：輸出電壓擺幅受運算放大器輸出擺幅、AGND引腳偏置以及操作模式反相的影響。為實現更低的負輸出擺幅電壓，需將AGND電壓調整到中點以下。

典型應用案例

單3.3V供電軌到軌、四階、10kHz帶通濾波器

該濾波器采用LTC1067 - 50，給出了具體的電阻參數和頻率響應曲線，總輸出噪聲為90μV RMS ，信噪比為80dB。

5階低通濾波器（帶輸入RC，固定頻率）

適用于特定頻率的信號過濾，給出了不同電源電壓下的參數配置和頻率響應曲線。

1kHz線性相位帶通濾波器

可實現線性相位濾波，給出了不同電源電壓下的最大中心頻率參數以及增益和群延遲與頻率的關系曲線。

單電源、四階帶通濾波器

具有特定的中心頻率和帶寬計算公式，給出了不同電源電壓下的最大中心頻率和噪聲參數。

雙帶通濾波器

可同時處理兩個不同中心頻率的帶通信號，給出了頻率響應曲線。

電信系統用1.02kHz陷波濾波器

用于電信系統中特定頻率的陷波處理，給出了具體的電阻和電容參數以及頻率響應曲線。

總結

LTC1067/LTC1067 - 50以其豐富的工作模式、良好的性能特性和廣泛的應用場景，為電子工程師在濾波器設計方面提供了強大的工具。在實際應用中，工程師需要根據具體需求選擇合適的工作模式和參數配置，同時注意處理好輸入偏移、操作限制等問題，以實現最佳的濾波效果。大家在使用過程中遇到過哪些有趣的問題或有獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享交流。