LTC1067/LTC1067 - 50：通用双滤波器构建模块的深度剖析与应用

引言

在电子工程师的日常设计工作中，滤波器的选择和设计至关重要。LTC1067/LTC1067 - 50作为一款出色的通用双滤波器构建模块，以其丰富的特性和广泛的应用场景，成为了众多工程师的青睐之选。今天，我们就来深入探讨这款器件的特点、工作模式、应用信息以及典型应用案例。

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器件概述

LTC1067/LTC1067 - 50由两个相同的轨到轨、高精度且动态范围极宽的二阶开关电容构建模块组成。它采用16引脚窄SSOP和SO封装，具有以下显著特点：

1. 供电与输入输出特性：支持单3V至±5V供电，轨到轨输入输出操作，在单3.3V供电时动态范围>80dB。
2. 频率特性：LTC1067的时钟与中心频率比为100:1，LTC1067 - 50为50:1；内部采样与中心频率比LTC1067是200:1，LTC1067 - 50是100:1；中心频率误差典型值<±0.2%。
3. 低噪声特性：噪声<40μV RMS ，且可通过内部电阻进行定制。

工作模式详解

模式1

此模式下，外部时钟频率与每个二阶部分中心频率的比率在内部固定为器件的标称比率。它可用于制作高阶巴特沃斯低通滤波器、低Q陷波滤波器以及级联调谐在相同中心频率的二阶带通函数。其速度比模式3快。

模式1b

由模式1派生而来，通过增加两个电阻R5和R6，可降低从低通输出反馈到SA（或SB）开关电容求和器输入的电压量，从而使滤波器的时钟到中心频率比能调整到超出器件的标称比率。该模式保留了模式1的速度优势，适用于高Q设计。

模式3

该模式下，外部时钟频率与每个二阶部分中心频率的比率可在器件标称比率的上下进行调整。它是经典的状态变量配置，可用于制作高阶全极点带通、低通和高通滤波器，但速度比模式1慢。

模式2

是模式1和模式3的组合，时钟到中心频率比fCLK/fO总是小于器件的标称比率。其优势在于对电阻容差的敏感度低于模式3，且具有高通 - 陷波输出。

模式3a

是模式3的扩展，通过两个外部电阻Rh和RL将高通和低通输出相加，可创建陷波。该模式比模式2更通用，陷波频率可高于或低于二阶部分的中心频率。

模式2n

将模式3a的电路拓扑扩展到模式2，通过两个外部电阻RH和RL将高通 - 陷波和低通输出相加，可创建一个陷波频率高于模式2的低通输出，在低通椭圆设计中非常有用。

应用信息分析

输入偏移问题

开关电容积分器通常比离散RC积分器具有更高的输入偏移，主要是由于CMOS开关向集成电容注入电荷以及积分器运算放大器的偏移所致。文中给出了二阶部分的输入偏移示意图以及不同模式和输出引脚的输出偏移电压公式。

操作限制

• 最大Q值与频率关系：典型性能特性中的最大Q值与频率（f0）图定义了每个LTC1067（或LTC1067 - 50）二阶部分的操作Q值上限。当通带增益误差开始超过1dB时，可使用电容CC来降低增益误差。
• 时钟馈通：时钟馈通是指滤波器输出引脚处存在的时钟频率及其谐波的RMS值，它与PCB布局和电源值有关。通过在最终滤波器输出端添加简单的RC低通网络可大大降低时钟馈通。
• 宽带噪声：滤波器的宽带噪声是器件噪声频谱密度的总RMS值，用于确定操作信噪比。大部分频率成分位于滤波器通带内，无法通过后置滤波降低。
• 混叠：是开关电容滤波器固有的现象，当输入信号频率产生的最强混叠分量的频率（fSAMPLING - fIN）落入滤波器通带时会发生。
• 输出负载：包括电阻性负载和电容性负载的影响。电阻性负载影响最大输出信号摆幅，电容性负载会降低运算放大器的稳定性，应将电容性负载保持在20pF以下。
• 未使用部分的处理：若LTC1067或LTC1067 - 50作为单个二阶滤波器使用，未使用的二阶部分不应悬空，应按文中所示进行连接。
• 单电源电压下的输出电压摆幅：输出电压摆幅受运算放大器输出摆幅、AGND引脚偏置以及操作模式反相的影响。为实现更低的负输出摆幅电压，需将AGND电压调整到中点以下。

典型应用案例

单3.3V供电轨到轨、四阶、10kHz带通滤波器

该滤波器采用LTC1067 - 50，给出了具体的电阻参数和频率响应曲线，总输出噪声为90μV RMS ，信噪比为80dB。

5阶低通滤波器（带输入RC，固定频率）

适用于特定频率的信号过滤，给出了不同电源电压下的参数配置和频率响应曲线。

1kHz线性相位带通滤波器

可实现线性相位滤波，给出了不同电源电压下的最大中心频率参数以及增益和群延迟与频率的关系曲线。

单电源、四阶带通滤波器

具有特定的中心频率和带宽计算公式，给出了不同电源电压下的最大中心频率和噪声参数。

双带通滤波器

可同时处理两个不同中心频率的带通信号，给出了频率响应曲线。

电信系统用1.02kHz陷波滤波器

用于电信系统中特定频率的陷波处理，给出了具体的电阻和电容参数以及频率响应曲线。

总结

LTC1067/LTC1067 - 50以其丰富的工作模式、良好的性能特性和广泛的应用场景，为电子工程师在滤波器设计方面提供了强大的工具。在实际应用中，工程师需要根据具体需求选择合适的工作模式和参数配置，同时注意处理好输入偏移、操作限制等问题，以实现最佳的滤波效果。大家在使用过程中遇到过哪些有趣的问题或有独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。