线性LTC1562：低噪声、低失真有源RC四通用滤波器的卓越之选

在当今的电子工程领域，滤波器的性能对于许多系统的正常运行至关重要。线性技术公司的LTC1562作为一款低噪声、低失真的连续时间滤波器，以其独特的特性和广泛的应用场景，成为了众多工程师的首选。本文将深入探讨LTC1562的特点、应用以及相关设计要点。

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一、LTC1562的特性亮点

1. 连续时间与多阶滤波

LTC1562采用连续时间设计，无需时钟驱动，这在很大程度上简化了电路设计。它包含四个独立的二阶滤波模块，中心频率范围为10kHz至150kHz，不仅中心频率精度高（典型精度为±0.5%，A级精度可达±0.3%），还能以任意组合方式级联，可轻松实现如一个八阶或两个四阶滤波器等多种滤波需求。

2. 丰富的响应类型

该滤波器支持多种响应形状，包括低通、带通和高通响应。同时，它还具备高达103dB的典型信噪比（±5V电源，(Q = 1)）和97dB的典型信噪比（单5V电源，(Q = 1)），以及在±5V电源、20kHz输入时的96dB典型S/(N + THD)，能够有效抑制噪声和失真，提供高质量的信号处理。

3. 宽电源范围与低功耗

LTC1562支持单电源或双电源供电，总电源电压范围为5V至10V，具有很强的电源适应性。此外，它还具备“零功耗”关机模式，可在不需要工作时降低功耗，延长设备的续航时间。

4. 电阻可编程

通过三个外部电阻，用户可以方便地对每个二阶模块的中心频率 (f_{0})、品质因数 (Q) 和增益进行编程，实现定制化的滤波功能。这种灵活的编程方式使得LTC1562能够适应各种不同的应用需求。

二、电气特性分析

在不同的电源电压和工作条件下，LTC1562展现出了稳定的电气性能。供应电流、输出电压摆幅、直流偏移幅度等参数都在合理的范围内波动，确保了滤波器在各种环境下的可靠性和稳定性。例如，在±5V电源、输出空载的情况下，供应电流典型值为19mA至21.5mA；在±2.375V电源和±5V电源下，输出电压摆幅分别可达4.0VP - P至4.6VP - P和9.3VP - P至9.8VP - P。

三、引脚功能详解

1. 电源引脚

(V^{+}) 和 (V^{-}) 引脚需要使用0.1µF电容旁路到适当的模拟地或接地平面，以减少电源噪声的影响。在20引脚SSOP封装中，额外的引脚4、7、14和17内部连接到 (V^{-})，应与引脚16连接到同一点，以实现最佳屏蔽效果。

2. 模拟接地引脚

AGND引脚是内部电阻分压器的中点，作为内部接地参考。在双电源操作时，应将其连接到接地平面；在单电源操作时，需要使用至少0.1µF的电容旁路到接地平面（最好为1µF以获得最佳交流性能）。同时，模拟接地平面应与任何数字接地在单点连接，以避免信号干扰。

3. 关机引脚

SHDN引脚用于控制滤波器的关机状态。当该引脚输入高电平或开路时，LTC1562进入“零功耗”关机状态，只有结泄漏电流流动；当连接到逻辑“低”（±5V电源时为0V，5V总电源时为 (V^{-})）时，滤波器正常工作。

4. 输入和输出引脚

INV A、INV B、INV C、INV D为每个二阶模块的虚拟地求和点，外部组件 (Z{IN})、R2、(R{Q}) 连接到这些引脚。V1 A、V1 B、V1 C、V1 D和V2 A、V2 B、V2 C、V2 D为输出引脚，根据外部电路的不同可提供带通、高通、低通等不同响应。

四、应用信息与设计要点

1. 功能描述

LTC1562的每个二阶模块都具有虚拟地输入节点（INV）和两个轨到轨输出（V1、V2）。通过三个外部电阻，可同时提供二阶低通和带通响应。此外，通过改变外部阻抗 (Z_{IN}) 的类型，还可实现高通响应以及其他具有零的响应。其虚拟地输入使得每个二阶模块还具备增益、求和和加权多个输入等模拟运算能力，功能十分强大。

2. 设置 (f_{0}) 和 (Q)

外部电阻R2和 (R{Q}) 可用于设置每个二阶模块的中心频率 (f{0}) 和品质因数 (Q)。计算公式如下： [f{0}=frac{1}{2 pi C sqrt{(R 1) R 2}}=left(sqrt{frac{10 k Omega}{R 2}}right)(100 kHz)] [Q=frac{R{0}}{sqrt{(R 1) R 2}}=frac{R{0}}{sqrt{(10 k Omega) R 2}}=frac{R{0}}{R 2}left(frac{100 kHz}{f{0}}right)] 其中，(R 1 = 10k) 和 (C = 159pF) 为内部固定值，R2和 (R{0}) 为外部可变电阻。在设计过程中，需根据实际需求选择合适的电阻值，以达到所需的 (f_{0}) 和 (Q)。

3. 不同响应类型的实现

• 基本低通：当 (Z{IN}) 为电阻 (R{IN}) 时，从 (V{IN}) 到V2可得到标准的二阶低通传递函数，直流增益幅度为 (H{L}=R 2 / R_{IN})。
• 基本带通：有两种方式可获得带通函数。当 (Z{IN}) 为电阻 (R{IN}) 时，V1输出为带通响应，增益参数 (H{B}=R{Q} / R{I N})；当 (Z{IN}) 为电容 (C{IN}) 时，V2输出为带通响应，增益参数 (H{B}=(R{Q} / 10 k Omega)(C{I N} / 159 p F))。
• 基本高通：当 (Z{IN}) 为电容 (C{IN}) 时，V1输出为高通响应，增益参数 (H{H}=C{IN} / 159 pF)。

4. 信号摆幅与动态范围

V1和V2输出能够在接近电源轨的范围内摆动，但在设计时需要注意信号摆幅的缩放，以避免输出过载。根据输入频率和 (f{0}) 的关系，可合理选择滤波器的设计，以实现最大动态范围。例如，当 (f{0}<100 kHz) 时，V2输出的摆幅往往较大；当 (f_{0}>100 kHz) 时，V1输出的摆幅往往较大。

5. 应对不同输入信号

• 低电平或宽范围输入信号：LTC1562内置低噪声放大功能，可通过调整 (Z_{IN}) 的值来控制模块的增益，提高低电平信号的信噪比，还可实现自动增益控制（AGC）。
• 输入电压超出电源范围：在设计中，通过合理设置电路参数，可使LTC1562能够承受超出电源电压的输入电压。但需注意保持滤波器供电正常，避免输出饱和，同时限制输入电流和电压，以确保滤波器的安全和稳定运行。

6. 输入电路的改进

• 低通“T”输入电路：在电阻输入应用中，可将输入电阻 (Z_{IN}) 拆分为两部分，并添加一个接地电容，形成R - C - R“T”网络，为滤波器添加一个额外的低通极点。
• 高通“T”输入电路：在电容输入应用中，将输入电容 (C_{IN}) 拆分为两部分，并在它们之间添加一个接地电阻，可添加一个额外的高通极点。

7. 不同 “(f_{0})” 测量方法

标准的二阶滤波器代数中使用中心频率参数 (f{0})，实际测量中可通过带通响应的180°相移频率、峰值增益频率和 - 3.01dB增益频率的几何平均值来确定 (f{0})。在实际应用中，这些测量方法可能会存在小的差异，在高Q带通应用中需特别注意。

五、典型应用电路

LTC1562的典型应用电路丰富多样，涵盖了各种阶数和响应类型的滤波器，如四阶巴特沃斯低通滤波器、八阶低通滤波器、八阶带通滤波器等。每个应用电路都有详细的设计公式和参数说明，工程师可根据实际需求选择合适的电路进行设计。例如，对于双四阶巴特沃斯低通滤波器，可根据给定的公式快速计算出所需的电阻值，实现特定截止频率的滤波功能。

六、注意事项

在使用LTC1562进行设计时，需要注意以下几点：

1. 电路布局：为了减少寄生电容和噪声的影响，应采用紧凑、电气清洁的电路布局，确保良好的接地和电源去耦。特别是在对精度要求较高的应用中，如需要实现100dB抑制的电路，应尽量减少关键路径上的寄生电容。
2. 电源供应：建议使用低噪声线性电源，避免使用开关电源，以保证滤波器的动态范围。同时，在芯片附近使用高质量的0.1µF电源旁路电容，并确保电源线路的电感尽可能低，以避免高频共振对滤波器性能的影响。
3. 测量设备：测量滤波器性能的设备本身可能会引入失真或噪声底限，在测量前应先使用导线代替滤波器进行检查，以确保测量结果的准确性。

七、相关产品推荐

线性技术公司还提供了一系列相关产品，如LTC1068、LTC1560 - 1、LTC1562 - 2等，这些产品在功能、应用场景和性能上各有特点，工程师可根据具体需求进行选择和搭配。

总之，线性LTC1562以其卓越的性能、灵活的设计和广泛的应用场景，为电子工程师在滤波器设计方面提供了一个强大而可靠的选择。通过深入了解其特性和应用要点，工程师们能够充分发挥LTC1562的优势，设计出更加高效、稳定的电子系统。你在使用LTC1562的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。