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使用LTC1562通用滤波器系列获得100dB阻带衰减

来源:analog 发布时间:2023-07-18

摘要: LTC1562和LTC1562-2是紧凑,高性能,“通用”;连续时间滤波器产品,每个包含四个二阶操作滤波器块。这些低噪声,直流精确的滤波器允许您在大约10kHz至150kHz (LTC1562)或20kHz至300kHz (LTC1562-2)的范围内定制其中心频率(f(0)),并替换几个精密电容器,电阻和运放。所有的频率设置组件都是内部和修整的,除了每块一个电阻,它是脱敏的(这个外部电阻值的1%误差只对编程的f(0)产生0.5%的误差)。附加组件编程每个模块的Q和增益。在表面贴装板上使用LTC1562或LTC1562-2的完整应用电路大小约为一角硬币(155毫米(2))。

LTC1562和LTC1562-2是紧凑,高性能,“通用”;连续时间滤波器产品,每个包含四个二阶操作滤波器块。这些低噪声,直流精确的滤波器允许您在大约10kHz至150kHz (LTC1562)或20kHz至300kHz (LTC1562-2)的范围内定制其中心频率(f(0)),并替换几个精密电容器,电阻和运放。所有的频率设置组件都是内部和修整的,除了每块一个电阻,它是脱敏的(这个外部电阻值的1%误差只对编程的f(0)产生0.5%的误差)。附加组件编程每个模块的Q和增益。在表面贴装板上使用LTC1562或LTC1562-2的完整应用电路大小约为一角硬币(155毫米(2))。

图1显示了一个模块或二阶部分(每个LTC1562包含四个这样的部分),外部电阻用于设置标准二阶滤波器参数f(0), Q和增益。在本例中,该部分被配置为两个输出提供低通和带通响应。图1电路的级联,具有适当的电阻值,可以实现任何全极低通或带通滤波器响应形式,如切比雪夫,贝塞勒或巴特沃斯。添加外部电容允许高通形式。这些滤波器可以抑制不需要的频率100dB,同时保持低噪声和失真。


图1所示。一个可操作的滤波器块(内虚线),配置了用于低通(V2)和带通(V1)响应的外部电阻。每个LTC1562或LTC1562-2包含四个这样的块。

然而,操作过滤器块有许多更具创造性的应用。每个块有一个灵活的虚拟地输入(INV)和两个输出,V1和V2。V2是V1的时间积分版本,因此在非常宽的频率范围内滞后V1 90°。进入虚拟地输入或从两个不同输出的平行路径允许传递函数零点,其中最有用的是虚轴零对或陷波。

图2显示了一种简单且鲁棒的陷波滤波方法。陷波滤波器在某频率f(N)上增益为零。陷波滤波器不仅可以去除频率本身,还可以通过在阻带中放置陷波来提高低通或高通滤波器的选择性,如下图所示。(这种回答通常被称为“椭圆”或“原因”。)


图2。鲁棒陷波滤波使用1/4 LTC1562操作滤波器部分。R(N)和C(N)控制陷波频率。

在图2中,当二阶部分通过两个路径驱动虚拟地输入时,会发生陷波:一个通过电容器,一个通过电阻。虚拟地可以是运放输入,也可以是另一个运算滤波器输入,如图3所示。电容C(N)使V1和V2电压之间的相位差在90°的基础上再增加90°。V1和V2电压的相位差

在电流I(C)和I(R)大小相等的频率上,两条路径抵消,出现二阶陷波。这个频率是:

f(N)=f1/ 2π(R(N)(C)(N)

这里,f(1)是每个运算滤波器产品内部调整的参数(LTC1562为100kHz, LTC1562-2为200kHz)。陷波频率,
f(N)与中心频率f(0)无关,分别对每个二阶段进行编程,如图1所示。

图2的一个显著特征是其固有的深陷波响应——深度不像其他陷波滤波电路那样来自于元件匹配。R(N)或C(N)值的误差会改变陷波频率f(N),但不会改变陷波在f(N)处的深度。此外,f(N)表达式中的平方根依赖性使陷波频率对R(N)和C(N)值中的误差不敏感。

图3显示了使用图2的陷波方法的8极修正椭圆响应50kHz低通滤波器。在该滤波器中,三个操作滤波器块(引脚中的“B”、“C”和“A”按顺序)驱动RC组合如图2所示,分别给出约133kHz、167kHz和222kHz的陷波。图1中f(0) = 55.5kHz的二阶低通部分紧随其后(引脚中的“D”块)。图4显示了测量到的频率响应,在一个多倍频程内下降了100dB。陷波频率的选择权衡了通带平坦度和阻带纹波;用户可以通过过滤器设计软件(如FilterCAD for Windows)来探索这种权衡,该软件可从Linear Technology (1-800-4-LINEAR)免费获得。图3中的值给出了在140kHz以上超过100dB的阻带衰减。该电路的输出噪声(在500kHz带宽下)为60µV(RMS),轨对轨输入和输出振荡近似,或在±5V电源下工作时的峰值信噪比为95dB。-95dB, 1V(RMS) (2.8V(P-P))输出,20kHz。


图3。LTC1562 50kHz椭圆低通滤波器,100dB阻带抑制。


图4。图3的测量频率响应。

请注意,在数百千赫兹的100dB衰减需要电气清洁,紧凑的结构,具有良好的接地和电源去耦,以及关键路径(如INV输入)中的最小寄生电容。例如,LTC1562附近的0.1µF电容器提供了与清洁、低电感电源的充分去耦。但是距离电源几英寸的导线(即几个微亨利的电感),除非通过芯片附近的大量(≥10 μ F)电容去耦,否则会在LTC1562的电源或接地基准中引起高q LC谐振(数百kHz),从而影响这些频率下的信噪比和阻带抑制。

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