MAX7418 - MAX7425：5 阶低通开关电容滤波器的卓越之选

在电子设计领域，滤波器的选择对于信号处理的质量起着至关重要的作用。今天，我们将深入探讨 Analog Devices 公司的 MAX7418 - MAX7425 系列 5 阶低通开关电容滤波器（SCFs），了解它们的特性、应用以及设计要点。

文件下载：MAX7423.pdf

一、概述

MAX7418 - MAX7425 系列滤波器可在单 +5V（MAX7418 - MAX7421）或 +3V（MAX7422 - MAX7425）电源下工作，仅消耗 3mA 电源电流，且转角频率范围为 1Hz 至 45kHz，非常适合低功耗数模转换器（DAC）后置滤波和抗混叠应用。此外，它们还具备关机模式，可将电源电流降至 0.2μA，进一步降低功耗。

二、关键特性

（一）多种滤波响应

该系列滤波器提供了多种滤波响应类型，以满足不同的应用需求：

1. 椭圆响应（MAX7418/MAX7421/MAX7422/MAX7425）：具有陡峭的滚降特性和良好的阻带抑制能力。例如，MAX7418/MAX7422 可实现 53dB 的阻带抑制，过渡比为 1.6；MAX7421/MAX7425 的过渡比为 1.25，滚降更陡峭，同时仍能提供 37dB 的阻带抑制。
2. 贝塞尔响应（MAX7419/MAX7423）：具有低过冲和快速稳定的响应特性，能够均匀延迟所有频率分量，保留阶跃输入的波形形状，适用于使用多路复用器（mux）选择输入信号的模数转换器（ADC）应用。
3. 巴特沃斯响应（MAX7420/MAX7424）：提供最大平坦的通带响应，适用于要求通带内与直流增益偏差最小的仪器仪表应用。

（二）时钟可调转角频率

该系列滤波器支持两种时钟选项：自时钟（通过使用外部电容）和外部时钟。外部时钟可实现更精确的转角频率控制，转角频率与时钟频率的比例为 100:1，即 (f{C}=frac{f{CLK}}{100})。

（三）低功耗设计

在正常工作模式下，电源电流仅为 3mA；在关机模式下，电源电流可降至 0.2μA，有效降低了系统功耗。

（四）小封装形式

采用 8 引脚 μMAX 封装，节省了电路板空间，适用于对空间要求较高的应用。

（五）低输出失调

输出失调电压低至 ±4mV，确保了输出信号的准确性。

三、电气特性

（一）电源要求

• MAX7418 - MAX7421：工作电压为 +5V，电源电压范围为 4.5V 至 5.5V。
• MAX7422 - MAX7425：工作电压为 +3V，电源电压范围为 2.7V 至 3.6V。

（二）滤波特性

• 转角频率范围：MAX7418 - MAX7421 的转角频率范围为 0.001kHz 至 30kHz；MAX7422 - MAX7425 的转角频率范围为 100:1kHz 至 45kHz。
• 时钟 - 转角比：均为 100:1。
• 时钟 - 转角温度系数：约为 10ppm/°C。

（三）其他特性

还包括输出电压范围、输出失调电压、总谐波失真加噪声（THD + N）、失调电压增益、COM 电压范围等电气特性，具体参数可参考文档中的电气特性表格。

四、引脚说明

引脚	名称	功能
1	COM	公共输入引脚，内部偏置在电源中点，需外部用 0.1μF 电容旁路至地。如需覆盖内部偏置，可使用外部电源驱动。
2	IN	滤波器输入
3	GND	接地
4	VDD	正电源输入，MAX7418 - MAX7421 为 +5V，MAX7422 - MAX7425 为 +3V，需用 0.1μF 电容旁路至地。
5	OUT	滤波器输出
6	OS	失调调整输入，可通过电阻分压器连接到外部电源以调整输出失调。若无需失调调整，可将其连接到 COM。
7	SHDN	关机输入，低电平驱动可启用关机模式，高电平驱动或连接到 VDD 可进行正常操作。
8	CLK	时钟输入，可从 CLK 到地连接外部电容（COSC）。若要覆盖内部振荡器，可将 CLK 连接到外部时钟。

五、设计要点

（一）时钟信号

• 外部时钟：使用外部时钟时，需确保时钟信号的占空比在 40% 至 60% 之间，并使用由 0 至 VDD 供电的 CMOS 门驱动 CLK 引脚。通过改变外部时钟的速率可调整滤波器的转角频率。
• 内部时钟：使用内部振荡器时，CLK 上的电容（Cosc）决定了振荡器的频率，计算公式为 (f{OSC(kHz)}=frac{k}{C{OSC}(pF)})，其中 (k=87 ×10^{3}) 适用于 MAX7418/MAX7421/MAX7422/MAX7425，(k=110 ×10^{3}) 适用于 MAX7419/MAX7420/MAX7423/MAX7424。为避免杂散电容影响内部振荡器频率，需尽量减小 CLK 处的杂散电容。

（二）输入阻抗

MAX7418 - MAX7425 的输入阻抗与时钟频率成反比，可通过公式 (Z{IN}=frac{1}{left(f{CLK} × C{IN}right)}) 估算，其中 (C{IN}=1 pF)。在设计时，建议使用输出电阻小于滤波器输入阻抗 10% 的驱动器。

（三）低功耗关机模式

将 SHDN 引脚驱动为低电平可启用关机模式，此时滤波器的电源电流降至 0.2μA，输出变为高阻抗。若要进行正常操作，需将 SHDN 引脚驱动为高电平或连接到 VDD。

（四）失调和共模输入调整

COM 引脚设置共模输入电压，内部通过电阻分压器偏置在电源中点。若无需失调调整，可将 OS 引脚连接到 COM；若需要失调调整，可通过电阻分压器将 OS 引脚连接到外部电源。输出电压可通过公式 (V{OUT }=left(V{IN }-V{COM }right)+V{OS}) 计算，其中 ((V{IN }-V{COM })) 由开关电容滤波器进行低通滤波，OS 在输出级相加。

（五）电源供应

MAX7418 - MAX7421 需使用 +5V 单电源，MAX7422 - MAX7425 需使用 +3V 单电源，并使用 0.1μF 电容将 VDD 旁路至地。若需要双电源供电，可将 COM 连接到系统地，GND 连接到负电源。

（六）输入信号幅度范围

最佳输入信号范围可通过观察给定转角频率下信号 - 噪声加失真（SINAD）比最大时的电压电平来确定。典型工作特性图表展示了输入信号峰 - 峰幅度变化时的 THD + 噪声响应。

（七）抗混叠和 DAC 后置滤波

在使用 MAX7418 - MAX7425 进行抗混叠或 DAC 后置滤波时，需同步 DAC（或 ADC）和滤波器的时钟，以避免拍频混叠到所需通带内。

六、应用领域

该系列滤波器适用于多种应用场景，包括 ADC 抗混叠、DAC 后置滤波、CT2 基站语音处理等。

七、总结

MAX7418 - MAX7425 系列 5 阶低通开关电容滤波器凭借其多种滤波响应、时钟可调转角频率、低功耗设计等特性，为电子工程师提供了一个灵活、高效的滤波解决方案。在实际设计中，工程师需根据具体应用需求，合理选择滤波器类型和时钟模式，并注意输入阻抗、电源供应、失调调整等设计要点，以确保系统的性能和稳定性。你在使用这类滤波器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。