探索LTC1563-2/LTC1563-3：簡(jiǎn)易高效的有源RC低通濾波器

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，濾波器的選擇和應(yīng)用至關(guān)重要。今天，我們將深入探討LINEAR TECHNOLOGY的LTC1563-2/LTC1563-3有源RC低通濾波器系列，了解其特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)。

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一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 易用性與靈活性

LTC1563-2/LTC1563-3的一大顯著特點(diǎn)是極其易于使用，僅需一個(gè)電阻值就能設(shè)置截止頻率（256Hz < (f_{C}) < 256kHz）。其獨(dú)特的架構(gòu)允許通過不同的電阻值實(shí)現(xiàn)任意傳遞函數(shù)，無論是否有增益。使用FilterCAD? 軟件，截止頻率甚至可支持到360kHz。

2. 特定響應(yīng)模式

LTC1563-2采用單個(gè)電阻值可實(shí)現(xiàn)單位增益的巴特沃斯響應(yīng)，而LTC1563-3則能實(shí)現(xiàn)單位增益的貝塞爾響應(yīng)。當(dāng)然，通過改變電阻值，還能實(shí)現(xiàn)其他響應(yīng)模式。

3. 電壓與電源特性

具備軌到軌的輸入和輸出電壓，可在單3V（最小2.7V）至 ±5V 的電源下工作。低噪聲性能出色，例如在 (f{C}=25.6kHz) 時(shí)，噪聲為 (36 mu V{RMS})；在 (f{C}=256kHz) 時(shí)，噪聲為 (60 mu V{RMS})。

4. 高精度與低偏移

截止頻率精度 < ±2%（典型值），直流偏移 < 1mV。此外，該系列濾波器還可級(jí)聯(lián)形成8階低通濾波器，并且采用窄SSOP - 16封裝，節(jié)省空間。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

1. 替代離散RC有源濾波器

在許多需要濾波器的電路中，LTC1563-2/LTC1563-3可作為離散RC有源濾波器的理想替代品，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。

2. 抗混疊與平滑濾波

常用于抗混疊濾波器，防止信號(hào)混疊；也可作為平滑或重建濾波器，改善信號(hào)質(zhì)量。

3. 數(shù)據(jù)通信與鎖相環(huán)

在數(shù)據(jù)通信中實(shí)現(xiàn)線性相位濾波，以及在鎖相環(huán)中發(fā)揮重要作用。

三、技術(shù)細(xì)節(jié)剖析

1. 電阻計(jì)算

該系列濾波器的專有架構(gòu)使得電阻計(jì)算非常簡(jiǎn)單，公式為 (R = 10k(256kHz / f{C}))，其中 (f{C}) 為所需的截止頻率。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，這個(gè)公式足以完成濾波器的設(shè)計(jì)。

2. 工作模式

具有低功耗模式和近零功耗的關(guān)斷模式。在低功耗模式下，適用于低頻應(yīng)用，電源電流可降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

3. 電氣特性

涵蓋了多種參數(shù)的詳細(xì)規(guī)格，如總電源電壓、輸出電壓擺幅、直流偏移電壓、電源電流等。這些參數(shù)在不同的工作模式（高速HS和低功耗LP）和不同的電源電壓下有所不同，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。

四、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1. 截止頻率限制

最大截止頻率受運(yùn)算放大器速度限制，在高速模式下為256kHz，低功耗模式下為25.6kHz，且在最大截止頻率時(shí)增益限制為單位增益。最小截止頻率則受大阻值精密電阻的實(shí)際獲取限制，當(dāng) (f_{C}) 為256Hz時(shí)，電阻值為10M，獲取可靠的10M電阻存在一定難度，且此時(shí)增益也限制為單位增益。

2. 輸出負(fù)載影響

輸出負(fù)載分為電阻性和電容性影響。電阻性負(fù)載過大會(huì)降低輸出信號(hào)擺幅并增加失真，輸出負(fù)載電阻應(yīng)大于10k。電容性負(fù)載會(huì)降低運(yùn)算放大器的穩(wěn)定性，電容負(fù)載應(yīng)保持在30pF以下，避免使用長(zhǎng)走線和長(zhǎng)同軸電纜，探測(cè)時(shí)應(yīng)使用10x探頭。

3. 布局注意事項(xiàng)

作為有源RC濾波器，濾波器的響應(yīng)由片上電容和外部電阻決定。任何與片上電容并聯(lián)或連接到交流地的外部雜散電容都可能改變傳遞函數(shù)。因此，布局時(shí)應(yīng)將各部分的外部電阻盡可能靠近求和引腳，保持與反相輸入引腳的印刷電路連接盡可能短。

五、典型應(yīng)用案例

1. 4階切比雪夫低通濾波器

如 ±5V 供電、2.3mA 電源電流、20kHz、4階、0.5dB 紋波切比雪夫低通濾波器，通過合理選擇電阻值，實(shí)現(xiàn)了特定的頻率響應(yīng)。

2. 8階巴特沃斯低通濾波器

單3.3V 供電、2mA 電源電流、20kHz 8階巴特沃斯低通濾波器，將兩個(gè)LTC1563 - 2級(jí)聯(lián)，達(dá)到了更高階的濾波效果。

3. 6階偽巴特沃斯濾波器

將教科書設(shè)計(jì)中最低Q值的2階復(fù)數(shù)部分替換為兩個(gè)實(shí)一階極點(diǎn)，并微調(diào)另一部分的Q值，使最終濾波器的響應(yīng)與教科書的巴特沃斯響應(yīng)幾乎無差別。

六、總結(jié)

LTC1563-2/LTC1563-3有源RC低通濾波器系列以其易用性、靈活性和出色的性能，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。工程師在設(shè)計(jì)過程中，需充分考慮其特性和注意事項(xiàng)，結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行合理選擇和布局。同時(shí)，F(xiàn)ilterCAD軟件為濾波器的設(shè)計(jì)提供了有力的支持，能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的電阻計(jì)算和更復(fù)雜的濾波器設(shè)計(jì)。希望本文能為電子工程師在濾波器設(shè)計(jì)方面提供有價(jià)值的參考，大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似濾波器的特殊問題呢？歡迎交流探討。