MAX7400/MAX7403/MAX7404/MAX7407：八階低通橢圓開(kāi)關(guān)電容濾波器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，濾波器的性能往往對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和信號(hào)質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。今天，我們就來(lái)深入探討一下MAXIM公司推出的MAX7400/MAX7403/MAX7404/MAX7407這一系列八階低通橢圓開(kāi)關(guān)電容濾波器（SCFs）。

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一、產(chǎn)品概述

MAX7400/MAX7403/MAX7404/MAX7407系列濾波器可分別采用單+5V（MAX7400/MAX7403）或+3V（MAX7404/MAX7407）電源供電，僅消耗2mA的電源電流，且截止頻率范圍從1Hz到10kHz，非常適合低功耗抗混疊和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）后置濾波應(yīng)用。此外，它還具備關(guān)機(jī)模式，能將電源電流降至0.2μA，大大降低了功耗。

該系列濾波器提供兩種時(shí)鐘選項(xiàng)：自時(shí)鐘（通過(guò)使用外部電容器）或外部時(shí)鐘，以實(shí)現(xiàn)更精確的截止頻率控制。同時(shí)，偏移調(diào)整引腳（OS）允許調(diào)整直流輸出電平。

MAX7400/MAX7404可提供82dB的阻帶抑制和1.5的過(guò)渡比，實(shí)現(xiàn)了較尖銳的滾降；而MAX7403/MAX7407則提供了更尖銳的滾降，過(guò)渡比為1.2，同時(shí)仍能提供60dB的阻帶抑制。這些器件的固定響應(yīng)特性，通過(guò)設(shè)置時(shí)鐘頻率即可輕松完成截止頻率的選擇，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)任務(wù)。它們采用8引腳SO和DIP封裝，方便在不同的電路板上進(jìn)行安裝。

二、產(chǎn)品特性

2.1 八階低通橢圓濾波器

這種高階濾波器能夠提供更陡峭的滾降特性，有效抑制阻帶內(nèi)的信號(hào)，相比低階濾波器，在頻率選擇性上有顯著優(yōu)勢(shì)。

2.2 低噪聲和失真

以MAX7400為例，其總諧波失真加噪聲（THD + N）可達(dá) -82dB，能夠?yàn)樾盘?hào)處理提供高質(zhì)量的輸出，減少信號(hào)失真和噪聲干擾。

2.3 時(shí)鐘可調(diào)截止頻率

截止頻率范圍為1Hz至10kHz，并且時(shí)鐘與截止頻率之比為100:1，通過(guò)調(diào)整時(shí)鐘頻率可以方便地控制濾波器的截止頻率，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

2.4 單電源操作

可根據(jù)不同型號(hào)選擇+5V（MAX7400/MAX7403）或+3V（MAX7404/MAX7407）單電源供電，降低了電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，同時(shí)也適用于一些對(duì)電源要求較為嚴(yán)格的低功耗應(yīng)用。

2.5 低功耗

工作模式下電流僅為2mA，關(guān)機(jī)模式下電流可降至0.2μA，在保證性能的同時(shí)，最大限度地降低了功耗，延長(zhǎng)了電池供電設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

2.6 多種封裝形式

提供8引腳SO和DIP封裝，方便不同設(shè)計(jì)需求的工程師進(jìn)行選擇，無(wú)論是在小型電路板上的貼片安裝，還是在實(shí)驗(yàn)板上的直插安裝，都能輕松應(yīng)對(duì)。

2.7 低輸出偏移

輸出偏移電壓僅為±5mV，確保了輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，減少了直流偏移對(duì)后續(xù)電路的影響。

三、電氣特性

3.1 濾波器特性

• 截止頻率：范圍為0.001至10kHz，滿足了大多數(shù)低頻信號(hào)處理的需求。
• 時(shí)鐘與截止頻率比：固定為100:1，方便工程師根據(jù)時(shí)鐘頻率來(lái)確定截止頻率。
• 時(shí)鐘與截止頻率溫度系數(shù)：為10ppm/°C，說(shuō)明該濾波器在不同溫度環(huán)境下，截止頻率的穩(wěn)定性較好，受溫度影響較小。
• 輸出電壓范圍：為0.25VDD - 0.25V，確保了輸出信號(hào)在合理的電壓范圍內(nèi)。
• 輸出偏移電壓：在VIN = VCOM = VDD / 2的條件下，典型值為±5mV，最大值為±25mV，保證了輸出信號(hào)的直流偏移在可接受的范圍內(nèi)。
• 去除輸出偏移后的直流插入增益：在VCOM = VDD / 2的條件下，典型值為0.15dB，最大值為0.3dB，確保了信號(hào)在通過(guò)濾波器時(shí)的增益變化在合理范圍內(nèi)。
• 總諧波失真加噪聲（THD + N）：在不同輸入信號(hào)條件下，MAX7400/MAX7403可達(dá) -80dB至 -82dB，MAX7404/MAX7407可達(dá) -77dB至 -79dB，有效減少了信號(hào)失真和噪聲干擾。

  3.2 時(shí)鐘特性

• 內(nèi)部振蕩器頻率：在COSC = 1000pF的條件下，MAX7400/MAX7403的典型值為38kHz，MAX7404/MAX7407的典型值為34kHz，可根據(jù)不同型號(hào)和外部電容值來(lái)調(diào)整內(nèi)部振蕩器頻率。
• 時(shí)鐘輸入電流：在VCLK = 0或相應(yīng)電源電壓時(shí)，典型值為±15μA，最大值為±30μA，對(duì)時(shí)鐘源的負(fù)載影響較小。

  3.3 電源要求

• 電源電壓：MAX7400/MAX7403的電源電壓范圍為4.5V至5.5V，MAX7404/MAX7407的電源電壓范圍為2.7V至3.6V，確保了在一定的電源波動(dòng)范圍內(nèi)，濾波器仍能正常工作。
• 電源電流：工作模式下無(wú)負(fù)載時(shí)，典型值為2mA，最大值為3.5mA；關(guān)機(jī)模式下，典型值為0.2μA，最大值為1μA，體現(xiàn)了其低功耗的特點(diǎn)。
• 電源抑制比（PSRR）：在直流測(cè)量時(shí)為60dB，能夠有效抑制電源中的紋波和噪聲對(duì)濾波器輸出的影響。

四、典型應(yīng)用

4.1 ADC抗混疊

在模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）前端使用該濾波器，可以有效抑制高于奈奎斯特頻率的信號(hào)，防止混疊現(xiàn)象的發(fā)生，提高ADC的采樣精度和信號(hào)質(zhì)量。

4.2 語(yǔ)音處理

在語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)中，該濾波器可以去除語(yǔ)音信號(hào)中的高頻噪聲和干擾，提高語(yǔ)音的清晰度和可懂度。

4.3 DAC后置濾波

在數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）輸出端使用該濾波器，可以平滑DAC輸出的階梯狀信號(hào)，減少量化噪聲和高頻成分，提高輸出信號(hào)的質(zhì)量。

4.4 安全氣囊電子系統(tǒng)

在安全氣囊電子系統(tǒng)中，該濾波器可以對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波處理，確保系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到碰撞信號(hào)，提高安全氣囊的可靠性和響應(yīng)速度。

4.5 CT2基站

在CT2基站中，該濾波器可以對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行濾波處理，減少干擾和噪聲，提高通信質(zhì)量和穩(wěn)定性。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 時(shí)鐘信號(hào)選擇

該濾波器提供自時(shí)鐘和外部時(shí)鐘兩種選項(xiàng)。自時(shí)鐘模式通過(guò)外部電容器來(lái)設(shè)置內(nèi)部振蕩器頻率，使用較為方便，但頻率精度可能會(huì)受到外部電容的影響；外部時(shí)鐘模式則可以提供更精確的截止頻率控制，適用于對(duì)頻率精度要求較高的應(yīng)用。在選擇時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和精度要求來(lái)進(jìn)行選擇。

5.2 輸入阻抗匹配

濾波器的輸入阻抗與時(shí)鐘頻率成反比，可通過(guò)公式 (Z{IN}(Omega)=frac{1}{(f{CLK} cdot C{IN})}) 來(lái)估算，其中 (C{IN}=0.85 pF)。為了確保信號(hào)的有效傳輸，應(yīng)使用輸出源阻抗小于濾波器輸入阻抗10%的驅(qū)動(dòng)源。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)時(shí)鐘頻率和濾波器的輸入阻抗來(lái)選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路。

5.3 低功耗關(guān)機(jī)模式

通過(guò)將SHDN引腳驅(qū)動(dòng)為低電平，可以激活濾波器的關(guān)機(jī)模式，此時(shí)電源電流可降至0.2μA（典型值），并將濾波器的輸出置于高阻抗?fàn)顟B(tài)。在不需要濾波器工作時(shí)，可采用關(guān)機(jī)模式來(lái)降低功耗；而在正常工作時(shí)，應(yīng)將SHDN引腳驅(qū)動(dòng)為高電平或連接到VDD。

5.4 偏移和共模輸入調(diào)整

COM引腳的電壓設(shè)置了共模輸入電壓，內(nèi)部通過(guò)電阻分壓器偏置在電源電壓的中間值。使用時(shí)，應(yīng)使用0.1μF的電容器對(duì)COM引腳進(jìn)行旁路，并將OS引腳連接到COM引腳。對(duì)于需要進(jìn)行偏移調(diào)整或直流電平轉(zhuǎn)換的應(yīng)用，可以通過(guò)電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)向OS引腳施加外部偏置電壓。需要注意的是，不要讓OS引腳懸空，并且改變COM或OS引腳的電壓會(huì)影響濾波器的動(dòng)態(tài)范圍。

5.5 電源設(shè)計(jì)

MAX7400/MAX7403使用單+5V電源，MAX7404/MAX7407使用單+3V電源。在電源設(shè)計(jì)中，應(yīng)使用0.1μF的電容器將VDD引腳旁路到地，以減少電源噪聲對(duì)濾波器的影響。如果需要使用雙電源，可將COM引腳連接到系統(tǒng)地，GND引腳連接到負(fù)電源。

六、總結(jié)

MAX7400/MAX7403/MAX7404/MAX7407系列八階低通橢圓開(kāi)關(guān)電容濾波器以其低功耗、高性能、靈活的時(shí)鐘選項(xiàng)和多種封裝形式等優(yōu)點(diǎn)，為電子工程師在信號(hào)處理、抗混疊和濾波等應(yīng)用中提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和性能要求，合理選擇濾波器型號(hào)和設(shè)計(jì)參數(shù)，以充分發(fā)揮該系列濾波器的優(yōu)勢(shì)。你在使用這類(lèi)濾波器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。