LTC1164：低功耗、低噪聲的通用濾波器構(gòu)建模塊

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，濾波器的性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性起著至關(guān)重要的作用。今天，我們要深入探討 Linear Technology 公司推出的 LTC1164 芯片，它是一款集低功耗、低噪聲等多種優(yōu)勢(shì)于一身的通用濾波器構(gòu)建模塊。

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1. 特性亮點(diǎn)

1.1 低功耗設(shè)計(jì)

LTC1164 在一個(gè)僅 0.3 英寸寬的封裝內(nèi)集成了 4 個(gè)濾波器，有效節(jié)省了電路板空間。同時(shí)，它的低功耗特性十分突出，每個(gè)構(gòu)建模塊典型的供電電流僅為 850μA，卻能在不犧牲噪聲和失真性能的前提下實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。

1.2 低噪聲優(yōu)勢(shì)

相較于 LTC1059、LTC1060 和 LTC1061 等器件，LTC1164 的噪聲降低了一半，為信號(hào)處理提供了更純凈的環(huán)境，有助于提高系統(tǒng)的整體性能。

1.3 寬輸出擺幅

該芯片具備較寬的輸出擺幅，能夠適應(yīng)不同的信號(hào)處理需求，為設(shè)計(jì)帶來了更大的靈活性。

1.4 靈活的時(shí)鐘與中心頻率比

支持 50:1 和 100:1 的時(shí)鐘與中心頻率比，并且可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)這兩種比例，方便用戶根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行靈活配置。

1.5 寬電源電壓范圍

可在 ±2.37V 至 ±8V 的電源電壓下正常工作，能適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境，增強(qiáng)了其在不同系統(tǒng)中的適用性。

1.6 定制化選項(xiàng)

還提供了帶有內(nèi)部電阻的定制版本，滿足用戶的特殊需求。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

LTC1164 的應(yīng)用范圍廣泛，常見于以下幾個(gè)方面：

2.1 抗混疊濾波器

在信號(hào)采集系統(tǒng)中，抗混疊濾波器能夠有效防止信號(hào)混疊現(xiàn)象的發(fā)生，保證采集到的信號(hào)真實(shí)可靠。LTC1164 的低噪聲和寬輸出擺幅特性使其非常適合用于抗混疊濾波器的設(shè)計(jì)。

2.2 電信濾波器

在電信系統(tǒng)中，對(duì)信號(hào)的處理和傳輸要求極高。LTC1164 可以用于構(gòu)建各種電信濾波器，如帶通濾波器、低通濾波器等，以滿足電信信號(hào)處理的需求。

2.3 頻譜分析

頻譜分析是對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域分析的重要手段。LTC1164 能夠提供準(zhǔn)確的頻率響應(yīng)，有助于實(shí)現(xiàn)高精度的頻譜分析。

2.4 環(huán)路濾波器

在鎖相環(huán)等系統(tǒng)中，環(huán)路濾波器起著關(guān)鍵作用。LTC1164 可以作為環(huán)路濾波器的核心部件，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3. 典型應(yīng)用電路

文檔中給出了一個(gè)雙 5 階線性相位濾波器帶阻帶陷波的典型應(yīng)用電路示例。該電路使用了 LTC1164 芯片，通過合理配置電阻和電容，實(shí)現(xiàn)了特定的濾波功能。在這個(gè)電路中，時(shí)鐘頻率 (f_{CLK}=500kHz)，寬帶噪聲為 50μVRMS，總供電電流為 3mA，所有電阻均采用 1% 金屬膜電阻。

4. 電氣特性

4.1 電源電壓范圍

LTC1164 可在 ±2.37V 至 ±8V 的電源電壓范圍內(nèi)正常工作，不同的電源電壓會(huì)影響其輸出擺幅等性能參數(shù)。

4.2 輸出特性

輸出擺幅會(huì)隨著電源電壓的變化而變化，例如在 ±2.5V 電源電壓下，輸出擺幅為 ±1.6V；在 ±5.0V 電源電壓下，輸出擺幅為 ±3.8V 至 ±4.2V 等。輸出短路電流在 ±5.0V 電源電壓下為 1mA。

4.3 頻率特性

中心頻率范圍為 0.1Hz 至 20kHz，時(shí)鐘與中心頻率比可實(shí)現(xiàn) 50:1 和 100:1，且具有較高的精度。在不同的模式下，最大時(shí)鐘頻率也有所不同，如在模式 1 且 (Q<2.5)、(V_{S}≥±7.0V) 時(shí)，最大時(shí)鐘頻率為 1.5MHz。

4.4 溫度特性

中心頻率 (f{O}) 的溫度系數(shù)在 (f{CLK}≤500kHz) 時(shí)為 ±1ppm/°C，(Q) 值的溫度系數(shù)在 (f_{CLK}≤250kHz) 時(shí)為 ±5ppm/°C，保證了芯片在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性。

5. 工作模式

5.1 主要模式

模式 1

在模式 1 下，每個(gè)二階部分的外部時(shí)鐘頻率與中心頻率之比內(nèi)部固定為 50:1 或 100:1。該模式可以用于制作高階巴特沃斯低通濾波器、低 (Q) 值陷波濾波器以及級(jí)聯(lián)具有相同中心頻率和單位增益的二階帶通函數(shù)。不過需要注意的是，由于第 D 部分沒有外部可用的求和節(jié)點(diǎn)，模式 1 只能用 4 個(gè) LTC1164 部分中的 3 個(gè)來實(shí)現(xiàn)，但在特殊要求下，第 D 部分也可以在模式 1 中進(jìn)行內(nèi)部連接。

模式 3

模式 3 中，每個(gè)二階部分的外部時(shí)鐘頻率與中心頻率之比可以在 50:1 或 100:1 的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。LTC1164 的 D 側(cè)只能以模式 3 進(jìn)行連接，該模式適用于制作高階全極點(diǎn)帶通、低通、高通和陷波濾波器。

5.2 次要模式

模式 1b

模式 1b 是從模式 1 派生而來的，通過添加兩個(gè)額外的電阻 R5 和 R6，可調(diào)整濾波器時(shí)鐘與中心頻率之比，使其超出 50:1 或 100:1，同時(shí)保持了模式 1 的速度優(yōu)勢(shì)。

模式 2

模式 2 是模式 1 和模式 3 的組合，時(shí)鐘與中心頻率之比始終小于 50:1 或 100:1，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)電阻公差的敏感性比模式 3 低。

模式 3A

模式 3A 是模式 3 的擴(kuò)展，通過兩個(gè)外部電阻 (R{H}) 和 (R{L}) 將高通和低通輸出相加，從而創(chuàng)建一個(gè)陷波。該模式比模式 2 更具通用性，陷波頻率可以高于或低于二階部分的中心頻率，適用于橢圓高通和陷波濾波器。

6. 應(yīng)用注意事項(xiàng)

6.1 接地和旁路

為了確保芯片的正常工作，應(yīng)使用分離的模擬和數(shù)字接地平面以及單點(diǎn)接地技術(shù)。引腳 6（AGND）應(yīng)直接連接到模擬接地平面，引腳 7（(V^{+})）和引腳 19（(V^{-})）應(yīng)分別使用 0.1μF 陶瓷圓盤進(jìn)行旁路，且 (V^{+}) 和 (V^{-}) 必須無噪聲和紋波。所有模擬輸入應(yīng)直接參考單點(diǎn)接地，時(shí)鐘輸入應(yīng)與模擬電路屏蔽或遠(yuǎn)離，并使用單獨(dú)的數(shù)字接地平面。

6.2 濾波器輸出緩沖

在驅(qū)動(dòng)同軸電纜和 1x 示波器探頭時(shí)，應(yīng)緩沖濾波器輸出，特別是在使用高 (Q) 值設(shè)計(jì)特定濾波器時(shí)。當(dāng)使用 10x 探頭時(shí)，通常不需要緩沖，但在進(jìn)行 THD 測(cè)試時(shí)，建議使用緩沖器。

6.3 失調(diào)歸零

對(duì)于一些用戶來說，低通濾波器可能存在過大的直流失調(diào)，可使用伺服電路來主動(dòng)歸零 LTC1164 或任何 LTC 開關(guān)電容濾波器的失調(diào)。

6.4 噪聲問題

所有提到的噪聲性能均不包括時(shí)鐘饋通。如果不采用上述的接地、旁路和緩沖技術(shù)，噪聲測(cè)量結(jié)果可能會(huì)變差。典型性能特性部分中的寬帶噪聲與 (Q) 值曲線能很好地反映該器件的噪聲性能。

7. 總結(jié)

LTC1164 作為一款低功耗、低噪聲的通用濾波器構(gòu)建模塊，憑借其豐富的特性、靈活的工作模式和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師在濾波器設(shè)計(jì)方面提供了一個(gè)強(qiáng)大而可靠的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，只要充分考慮其電氣特性和應(yīng)用注意事項(xiàng)，合理選擇工作模式和配置參數(shù)，就能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高性能的濾波器設(shè)計(jì)。

你在使用 LTC1164 芯片的過程中遇到過哪些問題呢？對(duì)于它的應(yīng)用，你還有哪些獨(dú)特的見解和經(jīng)驗(yàn)？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。