LTC1562 - 2：低噪声、低失真有源 RC 四通道通用滤波器的技术剖析与应用

在电子设计领域，滤波器的性能对于信号处理至关重要。LTC1562 - 2 作为一款低噪声、低失真的连续时间滤波器，为工程师们提供了高性能的信号处理解决方案。本文将深入剖析 LTC1562 - 2 的特性、参数、引脚功能以及应用场景，希望能为电子工程师们在实际设计中提供有价值的参考。

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一、特性概述

LTC1562 - 2 具有诸多出色特性，使其在众多应用中脱颖而出。

1. 连续时间无时钟设计：与大多数单片滤波器不同，LTC1562 - 2 无需时钟，四个独立的二阶滤波器模块可任意级联，如组成一个八阶或两个四阶滤波器。
2. 宽中心频率范围：中心频率（$f_0$）可在 20kHz 至 300kHz 之间调节，能满足多种不同的应用需求。
3. 多种响应类型：支持 Butterworth、Chebyshev、Elliptic 或 Equiripple 延迟响应，以及低通、带通、高通响应，还能实现全通、陷波和椭圆响应。
4. 高信噪比：在 ±5V 供电（$Q = 1$）时典型信噪比达 99dB，单 5V 供电（$Q = 1$）时典型信噪比为 93dB。
5. 轨到轨输入输出：输入输出电压范围为轨到轨，直流精度可达 3mV（典型值），中心频率精度典型值为 ±0.5%。
6. “零功率”关机模式：具备“零功率”关机模式，可在不使用时降低功耗。
7. 电阻可编程：通过外部电阻可对$f_0$、$Q$和增益进行编程，设计灵活。

二、绝对最大额定值

在使用 LTC1562 - 2 时，需要注意其绝对最大额定值，以确保器件的安全和正常工作。	参数	数值
总电源电压（$V^+$ 到 $V^-$）	11V
任何引脚的最大输入电压	($V^-$ – 0.3V) ≤ $V$ ≤ ($V^+$ + 0.3V)
存储温度范围	–65°C 到 150°C
工作温度范围（LTC1562C - 2）	0°C 到 70°C
工作温度范围（LTC1562I - 2）	–40°C 到 85°C
引脚温度（焊接，10 秒）	300°C

三、电气特性

电气特性是评估滤波器性能的关键指标。LTC1562 - 2 在不同条件下展现出了良好的性能。

电源相关参数

• 总电源电压：范围为 4.75V 至 10.5V。
• 电源电流：在不同供电电压和负载条件下，电流值有所不同。例如，$V_S = ±2.375V$，$R_L = 5k$，$C_L = 30pF$，输出为 0V 时，典型值为 21mA；$V_S = ±5V$，$R_L = 5k$，$C_L = 30pF$，输出为 0V 时，典型值为 22.5mA。

  输出电压摆幅

• V2 输出：在不同供电电压和负载条件下，摆幅不同。如$V_S = ±2.375V$，$R_L = 5k$，$C_L = 30pF$时，典型值为 4.6Vp - p；$V_S = ±5V$，$R_L = 5k$，$C_L = 30pF$时，典型值为 9.8Vp - p。
• V1 输出：在$f = 250kHz$时，$V_S = ±2.375V$，$R_L = 5k$，$C_L = 30pF$，典型值为 4.5Vp - p；$V_S = ±5V$，$R_L = 5k$，$C_L = 30pF$，典型值为 9.7Vp - p。

  其他参数

• 直流失调幅度：V2 输出在不同供电电压和输入接地时，典型值为 3mV。
• 中心频率误差：在$V_S = ±5V$，V2 输出带负载时，典型误差为 0.5%。
• 低通通带增益：在特定条件下，典型值为 +0.05dB。
• Q 精度：典型值为 +2%。
• 宽带输出噪声：在不同供电电压和带宽条件下，典型值为 39μV RMS。
• 输入参考噪声（增益 = 100）：典型值为 7.3μV RMS。
• 总谐波失真：在不同输入信号幅度下，V2 输出的失真情况不同。如$f{IN} = 20kHz$，2.8Vp - p 时，典型值为 –100dB；$f{IN} = 20kHz$，9Vp - p 时，典型值为 –82dB。

四、引脚功能

LTC1562 - 2 的引脚功能对于正确使用和设计电路至关重要。

电源引脚

$V^+$和$V^-$引脚应通过 0.1μF 电容旁路到合适的模拟地或接地平面，以减少电源噪声。引脚 4、7、14 和 17 内部连接到$V^-$（引脚 16），应与引脚 16 连接到同一点以实现良好的屏蔽。推荐使用低噪声线性电源，避免使用开关电源，以免降低滤波器的动态范围。

模拟地（AGND）

AGND 引脚是电阻分压器的中点，作为内部接地参考。对于双电源操作，AGND 引脚应连接到接地平面；对于单电源操作，AGND 引脚应通过至少 0.1μF 电容旁路到接地平面（为获得最佳交流性能，建议使用至少 1μF 电容）。

关机（SHDN）

当 SHDN 输入为高电平或开路时，LTC1562 - 2 进入“零功率”关机状态，只有结泄漏电流流动。AGND 引脚和放大器输出呈现高阻抗状态，放大器在电路中有效消失。用户必须将 SHDN 引脚连接到逻辑“低”（±5V 供电时为 0V，5V 总供电时为$V^-$）才能使 LTC1562 - 2 正常工作。

反相输入引脚（INV A、INV B、INV C、INV D）

每个 INV 引脚是相应二阶部分的虚拟地求和点。所有三个外部组件$Z_{IN}$、$R_2$、$R_Q$连接到 INV 引脚。由于 INV 引脚是滤波器的敏感内部节点，印刷电路连接应尽可能短（总长度小于 1 英寸，即 2.5cm），并被接地平面包围，以减少干扰和对频率响应的影响。

输出引脚（V1 A、V1 B、V1 C、V1 D 和 V2 A、V2 B、V2 C、V2 D）

V1 引脚根据外部电路提供带通、高通或其他响应，每个 V1 引脚还连接到相应二阶滤波器部分的$R_Q$电阻。V2 引脚根据外部电路提供低通、带通或其他响应，每个 V2 引脚还连接到相应二阶滤波器部分的$R_2$电阻。每个输出设计用于驱动标称净负载 4kΩ 和 30pF，负载越轻，失真性能越好。

五、应用信息

基本应用

LTC1562 - 2 包含四个匹配的二阶三端通用连续时间滤波器模块，每个模块有一个虚拟地输入节点（INV）和两个轨到轨输出（V1、V2）。一个模块和三个外部电阻可同时提供二阶低通和带通响应，外部电阻用于编程$f_0$、$Q$和增益。

设置$f_0$和$Q$

外部电阻$R_2$和$R_Q$可设置$f0$和$Q$，计算公式如下： [Q=frac{R{0}}{sqrt{(R 1) R 2}}=frac{R{0}}{sqrt{(7958 Omega) R 2}}=frac{R{0}}{R 2}left(frac{200 kHz}{f{0}}right)] [f{0}=frac{1}{2 pi C sqrt{(R 1) R 2}}=left(sqrt{frac{7958 Omega}{R 2}}right)(200 kHz)] 其中，$R1 = 7958Ω$和$C = 100pF$是 LTC1562 - 2 内部参数，$R_2$和$R_Q$是外部电阻。设计时，可先根据所需$f_0$计算理想的$R_2$值，再选择实际的$R_2$值，最后计算$R_Q$值。

不同响应类型的实现

• 基本低通：当$Z{IN}$为电阻时，从$V{IN}$到 V2 可得到标准二阶低通传递函数。
• 基本带通：有两种方式实现带通功能，当$Z{IN}$为电阻时，V1 输出为带通响应；当$Z{IN}$为电容时，V2 输出为带通响应。
• 基本高通：当$Z_{IN}$为电容时，V1 输出为高通响应。

  信号摆幅

  V1 和 V2 输出能够摆动到接近每个电源轨约 100mV 的范围内。在设计时，需要注意信号摆幅的缩放，避免输出过载。输入频率高于或低于 200kHz 时，分别会使 V1 或 V2 输出幅度增大。对于$Q ≥ 1$的二阶部分，$f_0 < 200kHz$时 V2 摆动较大，$f_0 > 200kHz$时 V1 摆动较大。

  其他应用特性

• 低电平或宽范围输入信号：LTC1562 - 2 具有低噪声放大低电平信号的能力，通过控制$Z_{IN}$阻抗可调节增益，提高低电平信号的信噪比，还可实现自动增益控制（AGC）。
• 超出电源的输入电压：在正确使用的情况下，LTC1562 - 2 可以承受超出其电源电压的输入电压，但需要注意避免输出饱和和控制输入电流和电压，以防止器件损坏。
• 低通“T”输入电路：通过将$Z_{IN}$电阻拆分为两部分并添加接地电容，可增加一个额外的低通极点。
• 高通“T”输入电路：将输入电容拆分为两部分并在中间连接接地电阻，可增加一个额外的高通极点。

六、典型应用

LTC1562 - 2 在多种应用场景中都有出色表现，如 175kHz 八阶椭圆高通滤波器、双五阶 170kHz 椭圆高通滤波器、100kHz 八阶带通线性相位滤波器、九阶 200kHz 低通椭圆滤波器以及 256kHz 线性相位六阶低通滤波器等。这些应用展示了 LTC1562 - 2 在不同频率和响应类型下的灵活性和高性能。

七、相关部件

除了 LTC1562 - 2，Linear Technology 还提供了一系列相关的滤波器产品，如 LTC1068 - X、LTC1560 - 1、LTC1562、LTC1563 - 2/LTC1563 - 3、LTC1564、LTC1565 - 31 和 LTC1566 - 1 等，工程师们可以根据具体需求进行选择。

总之，LTC1562 - 2 是一款功能强大、性能优越的滤波器，在高分辨率系统、抗混叠/重建滤波器、数据通信、线性相位滤波等领域具有广泛的应用前景。电子工程师们在设计时，应充分了解其特性和参数，结合具体应用场景，合理选择和使用该器件，以实现最佳的信号处理效果。你在实际设计中是否使用过类似的滤波器呢？遇到过哪些问题，又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。