探索TLC04/MF4A - 50与TLC14/MF4A - 100低通滤波器：特性、参数与应用

在电子电路设计中，滤波器是不可或缺的组件，它能够对信号进行筛选和处理，满足不同的应用需求。今天我们要深入探讨的是德州仪器（Texas Instruments）的TLC04/MF4A - 50和TLC14/MF4A - 100这两款Butterworth四阶低通开关电容滤波器。

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产品概述

TLC04/MF4A - 50和TLC14/MF4A - 100是单片式Butterworth低通开关电容滤波器，旨在以低成本、易用的方式，为电路设计提供精确的四阶低通滤波功能。

关键特性

• 低时钟与截止频率比误差：TLC04/MF4A - 50的误差为 ±0.8%，TLC14/MF4A - 100的误差为 ±1%。
• 截止频率稳定性：仅取决于外部时钟频率的稳定性，截止频率可通过时钟进行调节。
• 宽截止频率范围：从0.1 Hz到30 kHz（(V_{CC pm}= pm 2.5 V)）。
• 宽工作电压范围：支持5 - 12 V的工作电压。
• 灵活的时钟输入：具备自时钟或与TTL、CMOS兼容的时钟输入选项。
• 低电源电压灵敏度：受电源电压变化的影响较小。
• 可互换性：设计上可与National MF4 - 50和MF4 - 100互换。

不同温度范围的型号

根据不同的工作温度范围，这两款滤波器有多种型号可供选择：

• 商业级（C）：适用于0°C到70°C的工作环境，如TLC04C/MF4A - 50C和TLC14C/MF4A - 100C。
• 工业级（I）：能在 - 40°C到85°C的温度下工作，例如TLC04I/MF4A - 50I和TLC14I/MF4A - 100I。
• 军用级（M）：可在 - 55°C到125°C的全军事温度范围内正常工作，像TLC04M/MF4A - 50M和TLC14M/MF4A - 100M。

引脚功能

引脚名称	引脚编号	I/O类型	描述
AGND	6	I	模拟地，是Butterworth四阶低通滤波器运算放大器的同相输入端。
CLKIN	1	I	时钟输入，支持CMOS兼容时钟或自时钟选项。自时钟时，需在CLKIN和CLKR之间连接电阻，CLKIN到地连接电容。
CLKR	2	-	TTL兼容时钟输入。对于TTL时钟，LS连接到中电源，CLKIN可悬空，但建议连接到(V{CC+})或(V{CC -})。
FILTER IN	8	-	滤波器输入
FILTER OUT	5	O	Butterworth四阶低通滤波器输出
LS	3	-	电平转换，用于适应不同的输入时钟选项。CMOS兼容时钟或自时钟时，LS为(V_{CC -})；TTL兼容时钟时，LS为中电源。
(V_{CC+})	7	-	正电源电压端子
(V_{CC -})	4	-	负电源电压端子

电气参数

绝对最大额定值

• 电源电压：±7 V
• 工作温度范围：不同型号有所不同，商业级为0°C到70°C，工业级为 - 40°C到85°C，军用级为 - 55°C到125°C。
• 引脚温度：距离外壳1.6 mm（1/16英寸）处，10秒内最高260°C。

推荐工作条件

参数	TLC04/MF4A - 50			TLC14/MF4A - 100			单位
	最小值	最大值		最小值	最大值
正电源电压(V_{CC+})	2.25	6		2.25	6		V
负电源电压(V_{CC -})	- 2.25	- 6		- 2.25	- 6		V
高电平输入电压(V_{IH})	2			2			V
低电平输入电压(V_{IL})	0.8			0.8			V
时钟频率(f_{clock})							Hz
(V_{CC pm}= pm 2.5 V)	5	(1.5×10^6)		5	(1.5×10^6)
(V_{CC pm}= pm 5 V)	5	(2×10^6)		5	(2×10^6)
截止频率(f_{co})	0.1	(40×10^3)		0.05	(20×10^3)		Hz
工作环境温度(T_A)							°C
商业级	0	70		0	70
工业级	- 40	85		- 40	85
军用级	- 55	125		- 55	125

电气特性

在不同电源电压下，滤波器的电气特性有所不同。以(V{CC+}=2.5 V)，(V{CC -}=-2.5 V)，(f_{clock} ≤250 kHz)为例：	参数	测试条件	TLC04/MF4A - 50			TLC14/MF4A - 100			单位
		最小值	典型值	最大值	最小值	典型值	最大值
输出失调电压(V_{OO})			25			50		mV
峰值输出电压(V_{OM})	(V_{OM+})，(R_L = 10 kΩ)	1.8	2		1.8	2		V
	(V_{OM -})	- 1.25	- 1.7		- 1.25	- 1.7		V
短路输出电流(I_{OS})	源，(T_A = 25°C)		- 0.5			- 0.5		mA
	灌，(T_A = 25°C)	4			4			mA
电源电流(I_{CC})	(f_{clock}=250 kHz)		1.2	2.25		1.2	2.25	mA

当(V{CC+}=5 V)，(V{CC -}=-5 V)，(f_{clock} ≤250 kHz)时，部分参数会发生变化，如输出失调电压、峰值输出电压等。

应用电路

双电源供电

• CMOS时钟驱动：适用于需要CMOS时钟信号的应用场景，能提供稳定的滤波效果。
• TTL时钟驱动：可与TTL时钟信号配合使用，满足特定的电路设计需求。
• 自时钟通过施密特触发器振荡器：通过公式(f_{clock }=frac{1}{1.69 RC})可实现自时钟功能，方便在没有外部时钟源的情况下使用。

单电源供电

• 外部时钟驱动：外部时钟需为CMOS电平，滤波器输入信号需进行直流偏置或交流耦合，AGND需偏置到中电源。
• 自时钟通过施密特触发器振荡器：同样使用公式(f_{clock }=frac{1}{1.69 RC})，AGND需偏置到中电源。

直流偏移调整

通过特定的电路设计，可以对滤波器的直流偏移进行调整，以满足不同的应用需求。

封装信息

滤波器有不同的封装形式，如D（小外形封装）和P（塑料双列直插封装）。D封装还提供卷带包装，在型号后添加后缀R即可，如TLC04CDR/MF4A - 50CDR。同时，文档还提供了详细的封装尺寸信息，包括卷带尺寸、引脚方向等，方便工程师进行PCB设计。

总结

TLC04/MF4A - 50和TLC14/MF4A - 100低通滤波器以其低误差、宽频率范围、灵活的时钟输入和良好的稳定性等特点，在电子电路设计中具有广泛的应用前景。工程师在设计过程中，可根据具体的应用需求，选择合适的型号和封装形式，并参考推荐的工作条件和应用电路，以实现最佳的滤波效果。你在实际应用中是否遇到过类似滤波器的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。