LTC1563-2/LTC1563-3：易用型有源 RC 低通滤波器的技术剖析与应用指南

在电子设计领域，滤波器的重要性不言而喻。今天我们要深入探讨的是 Linear Technology 公司的 LTC1563 - 2/LTC1563 - 3 有源 RC 四阶低通滤波器系列，这两款滤波器在众多应用场景中表现出色，下面让我们详细了解其特性、参数及应用要点。

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一、产品特性

1. 易用性与灵活性

这两款滤波器使用极为简便，只需一个电阻值就能设定截止频率（256 Hz < (f_{C}) < 256 kHz）。而且通过选择不同的电阻值，能实现任意的传递函数，有无增益均可。借助 FilterCAD™ 软件，截止频率甚至能支持到 360kHz。

2. 特定响应模式

LTC1563 - 2 采用单个电阻值可实现单位增益的巴特沃斯响应，而 LTC1563 - 3 采用单个电阻值能实现单位增益的贝塞尔响应。不同的电阻值还能实现其他响应模式。

3. 电压特性

具备轨到轨的输入和输出电压，工作电源范围从单 3V（最小 2.7V）到 ±5V。

4. 低噪声与高精度

噪声较低，例如 (f{C}=25.6 kHz) 时为 (36 mu V{RMS })，(f{C}=256 kHz) 时为 (60 mu V{RMS})。截止频率精度 < ±2%（典型值），直流偏移 < 1mV。

5. 可级联性与封装

能够级联形成八阶低通滤波器，采用窄 SSOP - 16 封装。

二、绝对最大额定值

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_{PIN}) ≤ (V + + 0.3V)
功耗	500mW
工作温度范围（LTC1563C）	0°C 到 70°C
工作温度范围（LTC1563I）	–40°C 到 85°C
存储温度范围	–65°C 到 150°C
引脚温度（焊接，10 秒）	300°C

三、电气特性

1. 电源电压与电流

在高速（HS）模式下，总电源电压范围为 3V 到 11V；低功耗（LP）模式下，为 2.7V 到 11V。不同电源电压和截止频率下，电源电流有所不同。例如，HS 模式下 (V{S}=3V)，(f{C}=25.6kHz) 时，典型电源电流为 8.0mA；LP 模式下 (V{S}=2.7V)，(f{C}=25.6kHz) 时，典型电源电流为 1.0mA。

2. 输出电压摆幅

输出电压摆幅受电源电压、截止频率和负载电阻等因素影响。例如，HS 模式下 (V{S}=3V)，(f{C}=25.6kHz)，(R{FIL}=100k)，(R{L}=10k) 到地时，输出电压摆幅高典型值为 2.95V。

3. 直流偏移电压

不同模式和条件下，直流偏移电压有所差异。如 HS 模式下，输入到输出（A、B 级联），(V{S}=3V)，(f{C}=25.6kHz)，(R_{FIL}=100k) 时，典型直流偏移电压为 ±1.5mV。

4. 截止频率精度与温度系数

截止频率精度在不同模式和频率下有所不同，温度系数为 ±1ppm/°C（低频时），高频时（接近 25.6kHz 低功耗模式和接近 256kHz 高速模式）截止频率温度漂移为 ±15ppm/°C。

四、引脚功能

1. LP（引脚 1）

控制低功耗和高速两种工作模式。逻辑高电平或开路时为高速模式，逻辑低电平或连接 (V^{-}) 时为低功耗模式。

2. SA、SB（引脚 2、11）

求和引脚，是信号前馈和反馈的求和点。引脚电容会影响频率响应，外部电阻应尽量靠近该引脚。

3. NC（引脚 3、5、10、12、14）

内部未连接，为保证性能应连接到地。

4. INVA、INVB（引脚 4、13）

反相输入引脚，为高阻抗、敏感节点，易受干扰，印刷电路连接应尽量短。

5. LPA、LPB（引脚 6、15）

低通输出引脚，设计用于驱动 5kΩ 和 20pF 的负载。

6. AGND（引脚 7）

模拟地，是内部电阻分压器的中点，建议使用模拟接地平面。

7. (V^{-})、(V^{+})（引脚 8、16）

电源引脚，需用 0.1µF 电容旁路到模拟地或接地平面。

8. EN（引脚 9）

使能引脚，高电平或开路时进入关断状态，需连接 (V^{-}) 或逻辑低电平以正常工作。

五、应用信息

1. 功能描述

LTC1563 - 2/LTC1563 - 3 是易于使用的四阶低通滤波器，LTC1563 - 2 近似巴特沃斯响应，LTC1563 - 3 近似贝塞尔响应。通过公式 (R = 10k(256kHz / f_{C})) 可简单计算单位增益电阻值。不同电阻值可实现增益、其他传递函数和更高截止频率，使用 FilterCAD 软件能获得更精确的设计。

2. 截止频率和增益限制

有最大和最小截止频率限制，最大截止频率受运放速度限制，最小截止频率受大阻值精密电阻获取难度限制。中间截止频率时，增益受上述两个因素限制。

3. 直流偏移、噪声和增益考虑

采用两步直流偏移调整方法，对于增益大于 1 的情况，应合理分配增益以降低噪声和直流偏移。

4. 输出负载

输出负载分为电阻性和电容性影响。电阻性负载影响输出信号摆幅和失真，负载电阻应大于 10kΩ；电容性负载影响运放稳定性，电容应低于 30pF。

5. 布局注意事项

布局时应尽量减少寄生电容的影响，电阻应靠近求和引脚，信号布线和电阻最好在同一层，避免过孔。

6. 单极点部分和奇数阶滤波器

可通过特定电路实现单极点部分和奇数阶滤波器，如使用运放、片上电容和外部电阻构成单极点部分，或使用“TEE”网络形成单实极点。

7. 未使用部分的处理

若作为二阶或三阶滤波器使用，未使用的部分应正确连接，避免输出浮空导致振荡。

六、典型应用

1. 低通滤波器应用

如 ±5V，2.3mA 电源电流，20kHz，四阶，0.5dB 纹波切比雪夫低通滤波器；单 3.3V，2mA 电源电流，20kHz 八阶巴特沃斯低通滤波器等。

2. 六阶伪巴特沃斯滤波器

通过特定的 (f_{0}) 和 Q 值，可在 FilterCAD 中设计出与教科书响应难以区分的滤波器。

3. 宽带带通滤波器

结合四阶低通滤波器和两个高通极点，可设计出宽带带通滤波器，但 FilterCAD 不直接支持该配置，需通过自定义设计窗口实现。

4. 其他应用

还包括单电源 10kHz 带通滤波器、单电源 100kHz 椭圆低通滤波器等。

七、相关部件

介绍了一些相关的滤波器部件，如 LTC1560 - 1、LTC1562 等，它们各有特点和适用范围。

在实际设计中，工程师们需根据具体需求，充分考虑 LTC1563 - 2/LTC1563 - 3 的各项特性和参数，合理布局和设计电路，以实现最佳的滤波效果。你在使用这款滤波器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。