不再有复杂的方程式，不再有精密的电容器，不再有挫败感

LTC1563-2和LTC1563-3形成了一个非常易于使用的家族，4阶有源RC低通滤波器(无信号采样或时钟要求)。它们覆盖的截止频率范围从256Hz到256kHz，同时在低至单个3V(最小2.7V)到±5V的电源下工作。LTC1563还具有轨对轨输入和输出操作，通常为1mV直流偏置。最流行的滤波器响应设计很简单，只需要六个相同值的电阻，不需要外部电容。单位增益巴特沃斯滤波器或贝塞尔滤波器的截止频率设置为使用以下简单公式计算的单个电阻值:

其中f(C)是截止频率，单位是赫兹。

LTC1563-2用于巴特沃斯响应，而LTC1563-3用于贝塞尔响应。

除了设计简单，的LTC1563便于制造。对于离散设计，要达到LTC1563±2%的截止频率精度，需要高精度电容器(2%或更高)。这些电容器不是完全可用的，可以提出一个困难和昂贵的购买问题。一个典型的离散设计还需要4个电阻器值和4个电容值——8个线圈的元件。这导致了8倍的采购、库存和装配成本，以及8卷自动化装配机上的组件。许多大型电路板需要更多的组件卷，而不是组装机可以容纳，因为昂贵的二次操作。LTC1563减少了采购，库存和组装成本，同时从装配器中去除七个组件卷轴。

LTC1563也非常通用。专有架构产生的单位增益巴特沃斯和贝塞尔滤波器响应的轻松设计，同时仍然允许复杂，任意滤波器响应与任何增益所需。切比雪夫，高斯或任何其他全极响应，有或没有增益，可以使用更复杂的一组方程计算不等值电阻器来获得(为了获得最佳结果，使用FilterCAD 3.0版本)。设计范围从双二阶滤波器到8阶滤波器(两个级联器件)也很容易获得。通过增加两个电容，单个LTC1563可用于实现6阶低通滤波器。在另一个应用中，两个额外的电容器提供一个简单的宽带，低Q带通滤波器。

LTC1563系列的显著性能特点包括:

• 256Hz≤f(C)≤256kHz

• f(C)精度<±2% (typ)

• 连续时间滤波器-无时钟，无采样

• SINAD≥85dB at 3V(P-P)， 50khz -兼容16位系统

• 轨对轨输入输出操作

• 输出直流偏置电压≤±1mV(类型)

• 直流偏置漂移≤±5µV/°C(型)

• 操作从单个3V (2.7V min)到±5V电源

• 低功耗模式，I(SUPPLY) = 1mA (typp)， f(C)≤25.6kHz

• 高速模式，I(SUPPLY) = 10mA (typp)， f(C)≤256kHz

• 关闭模式，I(SUPPLY) = 1µA (typp)

• 窄SSOP-16封装，SO-8足迹

典型的四阶巴特沃斯和贝塞尔应用

图1显示了典型的LTC1563单电源应用，图2显示了LTC1563-2的巴特沃斯频率响应，图3显示了LTC1563-3的贝塞尔频率响应。随着R值从10M降低到10k，截止频率从256Hz增加到256kHz。对于低于25.6kHz的截止频率，通过将LTC1563置于低功耗模式可以节省大量功率。连接LP引脚插入V(-)电位，使能低功耗模式。所有其他应用应放置的部分在高速模式，离开LP引脚打开或连接到V(+)电位。高速模式除了支持更高的截止频率外，还具有比低功率模式更低的直流偏置电压和更好的输出驱动能力。高速模式供电电压最小为3V，低功耗模式供电电压最小为2.7V。关机模式随时可用。的在引脚内部上拉到V(+)电位，导致LTC1563默认为关机模式。若要正常操作，请使用在销子必须拉到地上。在关机模式下，电源电流通常为1µA，最大过温为20µA。

性能规格

LTC1563系列具有出色的直流规格。高速模式下滤波器的直流偏置通常为±1mV，温度下的最大偏置为±3mV。在低功率模式下，在较低电源电压下的最大过温为±5mV，在±5V电源下的最大过温为±6mV时，直流偏置略大。直流偏置漂移仅为10µV/°C。

LTC1563在低信号条件下的SINAD性能主要受器件噪声的影响。图4是噪声与截止频率的关系图。在截止频率的两倍带宽范围内，总集成噪声在最低截止频率时为32µV(RMS)，在最高截止频率时为56µV(RMS)。图5显示了50kHz信号的SINAD性能与输入信号幅度的关系。该图表明，在较小的信号幅值下，失真不是一个重要的因素。只有当信号幅度非常大，在电源轨道的约1V范围内时，才会注意到失真。失真性能在更高的频率下也保持良好，如图6所示。SINAD在所有频率上几乎是平坦的，这再次表明噪声是决定函数。对于3V(P-P)输入，SINAD约为85dB，表明该部件适用于16位系统。

传递函数能力

LTC1563旨在使实现标准单位增益，四阶巴特沃斯和贝塞尔滤波器尽可能简单。虽然实现了这个目标，但部件也保持了极大的灵活性。LTC1563-2几乎可以实现任何全极传递函数。表1列出了LTC1563系列可实现的许多过滤器配置。滤波器的实际传递函数(极点位置)几乎是任意的。

带增益的四阶低通滤波器

除巴特沃斯和贝塞尔以外的滤波器响应，具有增益的滤波器和高阶滤波器很容易通过LTC1563获得。设计方程比简单的单位增益巴特沃斯和贝塞尔方程更为复杂。实际的方程式请参考LTC1563数据表。为获得最佳设计结果，请使用FilterCAD 3.0(或更高版本)。FilterCAD使用非常复杂和精确的算法来考虑大多数寄生和运放限制。使用FilterCAD将产生最好的设计。

图7显示了LTC1563-2用于制作4阶，150kHz, 0.5dB纹波切比雪夫低通滤波器，直流增益为10dB。频率响应如图8所示。所有增益都在第一节中实现，以达到最低的输出电压噪声。请注意，原理图以及PC板布局与单位增益巴特沃斯低通滤波器相同，只是电阻值不同。同样的PC板布局可以用来构建无限数量的低通滤波器，每个滤波器具有不同的增益、传递函数和截止频率。

8日订单低通滤波器

设计一个8阶滤波器和设计一个4阶滤波器一样简单。当然，最终的解决方案使用了两倍的组件，但设计基本上是相同的过程。使用FilterCAD使设计过程简单明了。图9显示了增益为6dB的180kHz 8阶巴特沃斯低通滤波器的原理图及其频率响应图。该解决方案非常紧凑，易于在PC板上布局，并且仅使用标准的1%电阻。一个离散的解决方案将涉及几个精密电容器和一个更复杂的布局，伴随着许多与布局相关的寄生。对于离散解，由于这些寄生元素，您可能无法得到预期的响应。

Pseudo-6th订单低通滤波器

一个教科书，理论的六阶低通滤波器由三个二阶部分组成，每个部分实现一个复杂的极点对。LTC1563有两个二阶截面，产生两个复杂的极对。6阶低通滤波器可以使用两个LTC1563部件(第二部分的一半未使用)，或者通过使用旧的滤波器技巧，它可以用单个部件实现。

首先是一些背景材料(一点滤镜理论，但还不错)。每一个二阶复极对都可以用参数f(O)和q来定义。图10表明，每一个复极对具有相同的实分量和互补的虚分量。f(O)参数是极点的大小，Q是极点离实轴或虚轴有多近的度量。极点越靠近虚轴，Q就越高，直到极点直接在虚轴上时Q达到无穷大。当极对靠近实轴时，Q值减小，直到它们都在实轴上时Q值为0.5。一对Q为0.5的极在数学上等同于两个一阶实极。

有了一些过滤器知识，我们现在准备好了。所有六阶滤波器都有三个f(O)和Q极点对。Q值最低的一对通常在0.5到0.6之间。诀窍是用两个一阶实极(相当于Q为0.5的二阶段)代替Q值最低的极对。为了补偿理想数学的这种弯曲，有必要回过头来调整设计中的部分或全部f(O)和Q值。得到的滤波器不再是精确的、理想的、理论上的数学实现，但是小心的话，你可以得到一个频率响应和阶跃响应，它们与教科书上的图有细微的不同。“伪六阶滤波器”的名称有些误导，因为滤波器显然是六阶的(六个极点，最终衰减斜率为-36dB /倍频程)。它是“伪”的，只是在这个意义上，过滤器不符合经典的，标准的数学模型。如果你的公司正在推销数学，坚持使用教科书上的六阶响应。但是，要意识到，一旦考虑了组件公差，最终得到的仍然是近似值。大多数产品确实需要滤波器以简单，可重复且具有成本效益的方式满足特定的性能标准(例如截止频率，通带平坦度，阻带衰减，阶跃响应超调和阶跃响应沉降)。教科书的响应只是合成过滤器的一种方便的方法(或者是过滤器设计的一个很好的起点)。

经典响应是使用FilterCAD自定义设计功能手动调整的。从教科书中的6阶低通滤波器开始。通过单击相应的按钮打开步进响应和频率响应窗口。在每个响应窗口中，保存跟踪，以便将响应与调整后的设计进行比较。接下来，单击自定义响应按钮，删除低Q部分并在相同的f(O)添加两个一阶低通部分。最后，根据需要改变新设计的f(O)和Q参数，同时监测频率和阶跃响应窗口，直到实现所需的响应。通过一些实践，对需要调整的参数有了直观的认识。

下面的6阶100kHz巴特沃斯低通滤波器示例清楚地说明了该过程。图11显示了教科书中的6阶Butterworth低通滤波器的极点位置、f(O)和Q值以及伪6阶等效值。电路实现，图12，这个传递函数使用一个标准的四阶电路，其中输入电阻被分成两个电阻，在电阻之间有一个附加的接地电容。这个“TEE”网络形成了一个单一的实极。通过对这两个部分进行修改，一对实极点被添加到四阶网络中，形成所需的伪六阶滤波器。TEE网络技术也被用来给出所有奇阶响应所需的单实极。

宽带带通滤波器

虽然LTC1563系列不直接支持经典带通滤波器，但您可以使用标准的4阶低通电路和几个额外的电容器成功实现宽带带通滤波器。所得到的滤波器更像是一个高通低通类型的滤波器，而不是一个真正的带通。您可以使用LTC1562系列通用滤波器产品设计出色的高选择性带通滤波器(参见Linear Technology VIII:1[1998年2月]和IX:1[1999年2月])-业界最佳的带通和椭圆高通或低通滤波器连续时间滤波器。虽然LTC1562是窄带带通滤波器的最佳部件，但如果您的要求不那么严格，LTC1563系列可以提供简单，具有成本效益的宽带带通滤波器。

图13显示了用于制作以50kHz为中心的简单宽带带通滤波器的LTC1563-3的原理图。频率响应如图14所示。这类过滤器的设计程序不符合任何标准程序。最好从标准低通滤波器开始，并向传递函数添加两个一阶高通部分。上下调节高通角和低通f(C)，直到实现所需的传递函数。图13中的设计从一个标准的、单位增益的、截止频率为128kHz的四阶贝塞尔低通滤波器开始。然后，每个部分通过680pF电容器进行交流耦合。每个电容对其输入电阻工作，实现一个一阶高通函数，其截止频率(本设计为11.7kHz)由下式定义:

由此产生的电路产生仅使用一个电阻器值和一个电容值的宽带带通滤波器。请注意，尽管FilterCAD没有为LTC1563提供对这种类型滤波器的完全支持，但您仍然可以使用程序的自定义设计模式来设置所需的传递函数。选择传递函数后，使用FilterCAD设计滤波器的低通部分，然后使用上面的简单高通公式完成电路。

驱动16位adc

LTC1563适用于16位系统。图3至图5显示LTC1563的噪声和SINAD与16位数据采集系统相当。这些测量是使用实验室设备和性能良好的长电路进行的。许多电路在这种环境下表现良好，但在驱动实际的A/D转换器时就会崩溃。许多现代adc具有开关电容输入级，通常难以在保持转换器16位性能的同时驱动。LTC1563只需要一个电阻和一个电容的一点点帮助就能成功。

图15显示了LTC1563-2配置为5阶，22kHz, 0.1dB纹波切比雪夫低通滤波器驱动LTC1604 16位ADC。转换器以292.6kHz采样时钟工作。22kHz切比雪夫滤波器在奈奎斯特频率处的衰减约为96dB。这是一个非常保守的抗混叠滤波器，即使在超过奈奎斯特频率的强输入信号下也不会发生混叠。

图16显示了由LTC1563以20kHz驱动时转换器输出的4096点FFT。FFT图显示了基本的20kHz信号和一些谐波的存在。THD为-91.5dB，以-92dB的二次谐波为主。其余的谐波都远低于-100dB的水平。还有一些非谐波相关的杂散是ADC的产物。在滤波器的通带中，噪声电平略高于转换器的通带。在截止频率处噪声电平的峰值，主要是由于高Q部分，是典型的有源滤波器特性。在阻带中，噪声电平基本上就是变换器的噪声电平。最终结果是85dB的SINAD图，比单独的转换器少约4dB。

结论

LTC1563连续时间有源RC低通滤波器是一种经济，使用简单，但多功能的部件，满足当今高分辨率系统所需的高性能标准。除了易于使用之外，该部件的设计简单性还使制造变得容易。这种特性的组合使得分立低通滤波器和昂贵、笨重的滤波器模块过时。