探索MAX291/MAX292/MAX295/MAX296 8阶低通开关电容滤波器

在硬件设计开发中，滤波器的选择至关重要，它直接影响着整个系统的性能。今天，我们就来深入探讨一下Maxim Integrated推出的MAX291/MAX292/MAX295/MAX296 8阶低通开关电容滤波器。

文件下载：MAX291.pdf

一、产品概述

MAX291/MAX292/MAX295/MAX296是一系列易于使用的8阶低通开关电容滤波器。其中，MAX291/MAX292的拐角频率范围为0.1Hz至25kHz，而MAX295/MAX296则可达到0.1Hz至50kHz。MAX291/MAX295为巴特沃斯滤波器，提供最大平坦通带响应；MAX292/MAX296为贝塞尔滤波器，具有低过冲和快速稳定的特点。这四款滤波器的响应都是固定的，设计时只需选择控制滤波器拐角频率的时钟频率即可。

它们采用8引脚DIP/SO和16引脚宽体SO封装，所需外部组件极少，能在小面积内实现出色的性能。

二、产品特性

2.1 滤波器类型与阶数

• 提供8阶低通滤波器，包括巴特沃斯（MAX291/MAX295）和贝塞尔（MAX292/MAX296）两种类型。不同的滤波器类型适用于不同的应用场景，巴特沃斯滤波器的平坦通带响应适合需要稳定增益的应用，而贝塞尔滤波器的线性相位特性则能更好地保留信号的波形。

  2.2 时钟可调拐角频率

• MAX291/MAX292的拐角频率范围为0.1Hz至25kHz，MAX295/MAX296为0.1Hz至50kHz。时钟频率与拐角频率的比率分别为100:1（MAX291/MAX292）和50:1（MAX295/MAX296）。通过调整时钟频率，可以方便地改变滤波器的拐角频率，满足不同的滤波需求。

  2.3 低噪声与电源适应性

• 典型总谐波失真加噪声为 -70dB，具有较低的噪声水平。可以使用单 +5V 电源或双 ±5V 电源供电，为不同的电源系统提供了灵活性。

  2.4 内部或外部时钟

• 既可以使用内部振荡器搭配外部电容生成时钟，也可以使用外部时钟信号。这种设计使得滤波器在时钟源的选择上更加灵活，能够适应不同的系统时钟方案。

  2.5 未使用运算放大器

• 提供一个未使用的运算放大器（同相输入接地），可用于构建连续时间低通滤波器，用于后滤波或抗混叠。这为工程师在系统设计中提供了额外的滤波功能扩展选项。

三、应用领域

3.1 ADC抗混叠滤波

在模拟 - 数字转换过程中，抗混叠滤波器是必不可少的。MAX291/MAX292/MAX295/MAX296的高性能低通特性可以有效滤除高于奈奎斯特频率的信号，防止混叠现象的发生，提高ADC的转换精度。

3.2 噪声分析

在噪声测量和分析系统中，需要精确的滤波器来分离不同频率的噪声成分。该系列滤波器的宽频率范围和高精度特性能够满足噪声分析的要求。

3.3 DAC后滤波

在数 - 模转换后，DAC输出的信号可能包含高频噪声和杂散信号。使用MAX291/MAX292/MAX295/MAX296进行后滤波，可以平滑信号，提高输出信号的质量。

3.4 50Hz/60Hz线噪声滤波

在电力系统或工业环境中，50Hz或60Hz的线噪声是常见的干扰源。该系列滤波器可以有效滤除这些线噪声，提高系统的抗干扰能力。

四、电气特性

4.1 绝对最大额定值

• 电源电压（V+到V-）最大为12V。
• 任何引脚的输入电压范围为V - + (-0.3V) 至 V+ + (0.3V)。
• 不同封装的连续功率耗散不同，如8引脚塑料DIP在70°C以上需降额9.09mW/°C，最大为727mW。在设计时，必须确保电源电压和引脚输入电压在额定范围内，以避免器件损坏。同时，要根据实际工作温度和封装类型，合理评估功率耗散，确保器件的稳定性。

  4.2 工作温度范围

• 不同型号的工作温度范围有所不同，如MAX29_C_为0°C至 +70°C，MAX29_E_为 -40°C至 +85°C，MAX29_MJA为 -55°C至 +125°C。在选择器件时，需要根据实际应用环境的温度要求来选择合适的型号。

五、典型工作特性

文档中给出了多个典型工作特性曲线，如归一化内部振荡器频率与温度、电源电压的关系，不同滤波器的频率响应曲线等。这些曲线对于工程师理解滤波器在不同条件下的性能变化非常有帮助。例如，在设计对温度稳定性要求较高的系统时，可以参考内部振荡器频率与温度的关系曲线，选择合适的工作温度范围，以确保滤波器的性能稳定。大家在实际应用中，可以仔细研究这些曲线，根据系统的具体要求进行优化设计。

六、引脚描述

8 - PIN	16 - PIN	NAME	FUNCTION
	1, 2, 7, 8, 9, 10, 15, 16	N.C.	No Connect
1	3	CLK	Clock Input. Use internal or external clock.
2	4	V -	Negative Supply pin. Dual supplies: -2.375V to -5.500V. Single supplies: V - = 0V.
3	5	OP OUT	Uncommitted Op - Amp Output
4	6	OP IN -	Inverting Input to the uncommitted op amp. The noninverting op amp is internally tied to ground.
5	11	OUT	Filter Output
6	12	GND	Ground. In single - supply operation, GND must be biased to the mid - supply voltage level.
7	13	V +	Positive Supply pin. Dual supplies: +2.375V to +5.500V. Single supplies: +4.75V to +11.0V.
8	14	IN	Filter Input

了解各个引脚的功能对于正确使用滤波器至关重要。例如，在连接时钟信号时，要注意选择合适的时钟源，并确保时钟信号的参数（如频率、占空比等）符合器件的要求。

七、详细描述

7.1 巴特沃斯与贝塞尔滤波器的区别

• 低通巴特沃斯滤波器（如MAX291/MAX295）具有最大平坦通带响应，适用于要求通带内增益偏差最小的仪器应用。
• 低通贝塞尔滤波器（如MAX292/MAX296）能对所有频率分量进行等延迟，保留阶跃输入的形状，并且比巴特沃斯滤波器更快稳定。在使用多路复用器选择信号并发送到ADC的应用中，贝塞尔滤波器的快速稳定特性非常重要，因为抗混叠滤波器必须在多路复用器选择新通道后迅速稳定。大家在实际应用中，要根据具体的信号要求和系统性能指标来选择合适的滤波器类型。

  7.2 拐角频率与滤波器衰减

• MAX291/MAX292的时钟与拐角频率比为100:1，最大拐角频率为25kHz；MAX295/MAX296的时钟与拐角频率比为50:1，最大拐角频率为50kHz。
• 8个极点提供每倍频程48dB的衰减。在设计滤波器时，需要根据所需的滤波效果和截止频率，合理选择时钟频率，以确保滤波器能够满足系统的要求。

八、应用信息

8.1 电源供应

• 该系列滤波器可以使用双电源或单电源供电。双电源电压范围为 +2.375V至 +5.500V，±2.5V双电源等效于单电源操作。在单电源操作时，要注意将GND引脚偏置到电源电压的中间电平，同时可能会由于外部电阻分压网络导致轻微的性能下降。

  8.2 输入信号范围

  理想的输入信号范围可以通过观察总谐波失真加噪声（THD + Noise）比在给定拐角频率下达到最大值时的电压水平来确定。文档中的典型工作特性曲线展示了输入信号峰 - 峰幅度变化时的THD + Noise响应，大家可以根据这些曲线来调整输入信号的幅度，以获得最佳的滤波效果。

  8.3 未使用运算放大器

  未使用的运算放大器可以用于构建一阶或二阶连续低通滤波器，适用于抗混叠应用或开关电容滤波器输出的时钟噪声衰减。例如，文档中给出了一个使用未使用运算放大器构建的10kHz拐角频率的二阶低通巴特沃斯滤波器的示例。此外，该运算放大器还可以用于减少开关电容滤波器输入到输出的时钟纹波馈通。

  8.4 DAC后滤波

  在使用该系列滤波器进行DAC后滤波时，要确保DAC和滤波器的时钟同步。如果时钟不同步，拍频会混叠到所需通带中。DAC的时钟应该通过对开关电容滤波器的时钟进行分频来生成。

九、总结

MAX291/MAX292/MAX295/MAX296 8阶低通开关电容滤波器具有丰富的特性和广泛的应用领域。在设计电子系统时，工程师可以根据具体的需求，如滤波类型、频率范围、电源要求等，合理选择合适的型号，并结合其电气特性、引脚功能和应用信息进行优化设计。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地了解和使用这款滤波器。大家在实际应用中遇到什么问题，欢迎一起交流探讨。