深入剖析MAX263/264/267/268：引脚可编程通用和带通滤波器

在电子设计领域，滤波器是不可或缺的关键组件，对于信号处理和优化起着至关重要的作用。本文将详细介绍Maxim Integrated公司推出的MAX263/264/267/268引脚可编程通用和带通滤波器，希望能为工程师们在实际设计中提供有力帮助。

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一、概述

MAX263/264和MAX267/268均为CMOS开关电容有源滤波器，专为精密滤波应用而设计。它们能够通过引脚输入来选择中心频率、Q值和工作模式。

（一）功能特点

• 多种滤波类型：MAX263/264可实现多种类型的滤波器，包括带通、低通、高通、陷波和全通滤波器，且无需外部组件；而MAX267/268则专注于带通应用，并内置一个未使用的运算放大器。两款器件都包含两个二阶滤波器部分。
• 精确控制：通过输入时钟和5位编程输入，可以精确设置滤波器的中心/转折频率。Q值的编程范围为0.5至64。而且每个滤波器部分都有独立的时钟输入，可使用外部时钟或晶体。
• 宽频率范围：MAX263和267的中心频率最高可达57kHz，而MAX264和268通过采用较低的fCLK/f0比率，可将频率范围扩展至140kHz。
• 多种封装形式：MAX263/264提供28引脚宽DIP和小外形封装；MAX267/268则提供24引脚窄DIP和宽SO封装。所有器件都有商用、扩展和军用温度范围可供选择。

（二）应用领域

这些滤波器广泛应用于多个领域，如声纳和航空电子仪器、抗混叠滤波器、数字信号处理、振动和音频分析以及匹配跟踪滤波器等。

二、电气特性

（一）绝对最大额定值

参数	数值
总电源电压 (V⁺ 到 V⁻)	15V
任意引脚输入电压	V⁻ - 0.3V 到 V⁺ + 0.3V
任意引脚输入电流	±50mA
功率损耗（CERDIP，70°C以上降额12.5mW/°C）	1000mW
功率损耗（宽SO，70°C以上降额11.8mW/°C）	944mW
存储温度	-65°C 到 +160°C
引脚温度（焊接，10秒）	+300°C

（二）电气参数

在V⁺ = +5V，V⁻ = -5V，CLKA = CLKB = ±5V，1.5MHz，fCLK/f0 = 197.92（MAX263/67）和138.23（MAX264/68），滤波模式1，“1” = V⁺ 和 “0” = V⁻ 于F和Q输入，TA = +25°C（除非另有说明）的条件下，滤波器的各项电气参数表现出色。例如，中心频率范围和最大时钟频率因器件型号和工作模式而异，Q值精度在不同取值范围和器件型号下也有所不同，同时还给出了直流低通增益精度、增益温度系数、输出失调电压等参数。

三、引脚描述

MAX263/264和MAX267/268的引脚功能各有特点，具体如下：	MAX263/264引脚号	MAX267/268引脚号	名称	功能
10	8	V⁺	正电源电压
18	16	V⁻	负电源电压
19	17	GND	模拟地。双电源工作时连接到系统地，单电源工作时连接到电源中间点。单电源应用时，GND应进行良好的旁路
13	11	CLKA	振荡器输入和A部分的时钟输入。该时钟在内部被二分频
14	12	CLKB	滤波器B的时钟输入。该时钟在内部被二分频
20	18	OSC OUT	连接晶体以实现自时钟操作
5, 1	5, 1	INA, INB	滤波器输入
3, 27	2, 24	BPA, BPB	带通输出
2, 28	-	LPA, LPB	低通输出（仅MAX263/264）
4, 26	-	HP A, HP B	高通/陷波/全通输出（仅MAX263/264）
8, 7	-	M0, M1	模式选择输入（MAX267/268固定在模式1）
24, 17, 23, 12, 11	22, 15, 21, 10, 9	F0 - F4	时钟/中心频率比（fCLK/f0）编程输入
15, 16, 21, 22, 25, 6, 9	13, 14, 19, 20, 23, 6, 7	Q0 - Q6	Q值编程输入
-	4	OP IN	仅MAX267/268上未使用运算放大器的反相输入。同相输入在内部接地
-	3	OP OUT	仅MAX267/268上未使用运算放大器的输出

四、工作模式与编程

（一）滤波器工作模式（仅MAX263/264）

MAX263/264的滤波器部分可以配置为四种基本模式，由输入M0和M1选择。而MAX267/268仅工作在模式1。不同模式适用于不同类型的滤波器设计，具体如下：

• 模式1：适用于实现全极点低通和带通滤波器，也可用于二阶陷波滤波器。该模式支持最高的时钟频率，低通和陷波输出的增益为1，中心频率处的带通增益为Q。
• 模式2：用于全极点低通和带通滤波器，与模式1相比，具有更高的可用Q值和更低的输出噪声，且fCLK/f0比率比模式1小√2。
• 模式3：是唯一能产生高通滤波器的模式，最大时钟频率略低于模式1。
• 模式3A：使用一个单独的运算放大器对模式3的高通和低通输出进行求和，从而创建一个单独的陷波输出，可独立设置陷波频率，适用于设计极点 - 零点滤波器，如椭圆滤波器。
• 模式4：是唯一能提供全通输出的模式，适用于实现群延迟均衡，也可用于全极点低通和带通滤波器。

（二）f0和Q编程

滤波器的实际中心频率是滤波器时钟速率、5位f0控制字和工作模式的函数。在某些滤波器设计中，可能需要为每个二阶部分提供单独的时钟。当实现两个或多个匹配滤波器时，可以使用一个时钟来克服编程限制。此外，还可以使用MAX260/261/262微处理器编程滤波器或MAX265/266电阻编程滤波器来实现每个滤波器部分的独立编程。

五、典型应用设计

（一）多反馈带通滤波器

对于全极点带通滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫滤波器）的设计，多反馈带通滤波器是一种不错的选择。它只需要一个时钟和所有二阶部分的共同编程，通过外部电阻将级联滤波器部分的输出连接到输入端的求和运算放大器。在多反馈滤波器中，带通响应是时钟、fCLK/f0比率、Q值和反馈电阻比率的函数。

（二）级联滤波器

在一些设计中，如非常窄带的滤波器，可以将几个具有相同中心频率的二阶部分进行级联而不使用多反馈。级联滤波器的总Q值可以通过特定公式计算，同时需要根据不同情况确定各级的增益。

（三）设计示例

1. 4阶多反馈带通 - MAX268

使用引脚编程的MAX268实现4阶50kHz切比雪夫带通滤波器，通过Maxim的设计程序“BP”生成编程代码和反馈电阻值。在2.5MHz晶体时钟下，可实现接近预期的中心频率和带宽。

2. 4阶带通（无多反馈） - MAX268

不使用多反馈时，采用MAX268实现相同规格的滤波器，无需外部组件，但需要为CLKA和CLKB提供单独的时钟。这种设计在实现更高中心频率方面具有优势。

3. 双4阶跟踪低通 - MAX263

通过“拆分”两个MAX263，仅使用一个时钟设置两个巴特沃斯低通滤波器，使其能够精确跟踪彼此。在编程时，需要考虑低Q值可能带来的采样误差，并通过设计程序进行校正。

六、应用提示

（一）电源供应

MAX263/264/267/268可以使用多种电源配置，包括+5V至+12V单电源或±2.5V至±6V双电源。单电源使用时，需要注意连接和偏置问题。为确保最佳性能，V⁺和V⁻应使用4.7μF电解电容（钽电容优先）和0.1μF陶瓷电容进行旁路。

（二）输出摆幅和削波

MAX26X系列输出设计为在10k负载下能够摆幅至每个电源轨的0.15V以内。为避免输出削波，需要仔细考虑峰值幅度响应、各个部分的增益、输入信号电平以及滤波器失调电压。

（三）时钟馈通和噪声

典型的宽带噪声在DC至100kHz范围内为0.5mVpp，且几乎与时钟频率无关。在多级滤波器中，应将Q值最高的部分放在前面以降低输出噪声。时钟相关的馈通可以通过添加单极点RC滤波器进行衰减。

（四）输入阻抗

滤波器的输入阻抗可以通过公式RIN = 2 / (CA × fCLK)描述，同时存在约5pF的固定杂散电容到地。

（五）数字输入

滤波器编程通过将输入引脚M0、M1、F0 - F4和Q0 - Q6连接到高或低电压电平（通常为V⁺和V⁻）来实现。输入没有内部上拉或下拉，因此不能悬空。在驱动数字输入时，可在编程引脚上串联一个1k电阻进行额外保护。

（六）低采样率下的f0和Q

当选择低fCLK/f0比率和低Q设置时，可能会出现与理想连续滤波器响应的偏差。可以使用图17或Maxim的设计软件来校正选择的f0和Q，以确保实际实现的参数符合目标要求。

七、总结

MAX263/264/267/268引脚可编程通用和带通滤波器具有丰富的功能和灵活的配置选项，能够满足多种精密滤波应用的需求。在实际设计中，工程师们需要根据具体的应用场景和性能要求，合理选择滤波器型号、工作模式和编程参数，同时注意电源、输出、噪声等方面的问题，以实现最佳的滤波效果。大家在使用这些滤波器时是否遇到过一些独特的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。