探索MAX7426/MAX7427：5階低通橢圓開關電容濾波器的卓越性能

在電子工程師的日常工作中，濾波器的選擇至關重要，它直接影響著電路的性能和穩(wěn)定性。今天，我們就來深入探討一下MAXIM公司推出的MAX7426/MAX7427 5階低通橢圓開關電容濾波器（SCFs），看看它在實際應用中能為我們帶來哪些優(yōu)勢。

文件下載：MAX7426.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX7426/MAX7427是兩款性能出色的5階低通橢圓開關電容濾波器，分別采用單+5V（MAX7426）或+3V（MAX7427）電源供電。它們具有低功耗的特點，工作電流僅為0.8mA，且截止頻率范圍從1Hz到12kHz，非常適合用于低功耗的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）后置濾波和抗混疊應用。同時，該系列濾波器還具備低功耗模式，可將電源電流降低至0.2μA，進一步節(jié)省能源。

二、核心特性剖析

2.1 高階濾波與優(yōu)異性能

• 采用5階橢圓低通濾波器設計，能提供陡峭的滾降特性和良好的阻帶抑制能力。其過渡比為1.25，典型阻帶抑制可達37dB，能有效抑制不需要的高頻信號，為系統(tǒng)提供更純凈的信號輸出。
• 具有低噪聲和低失真的優(yōu)點，總諧波失真加噪聲（THD + Noise）低至 -80dB，確保了信號的高質(zhì)量傳輸。

2.2 靈活的時鐘配置

提供兩種時鐘選項：自時鐘模式（通過使用外部電容）和外部時鐘模式。外部時鐘模式可實現(xiàn)更精確的截止頻率控制，工程師可以根據(jù)實際需求靈活選擇，滿足不同應用場景的要求。

2.3 寬截止頻率范圍與時鐘可調(diào)性

截止頻率可通過時鐘進行調(diào)節(jié)，范圍從1Hz到12kHz。時鐘與截止頻率的比例為100:1，方便工程師根據(jù)具體設計調(diào)整濾波器的性能。

2.4 低功耗設計

在工作模式下，電源電流僅為0.8mA；進入低功耗模式后，電流可降至0.2μA，大大降低了系統(tǒng)的功耗，延長了電池供電設備的續(xù)航時間。

2.5 多種封裝形式

提供8引腳μMAX/PDIP封裝，方便不同的電路板布局和安裝需求，提高了產(chǎn)品的適用性。

2.6 低輸出失調(diào)

輸出失調(diào)電壓低至±4mV，減少了直流偏移對信號的影響，提高了濾波器的精度。

三、電氣特性詳解

3.1 MAX7426電氣特性

在+5V電源供電下，MAX7426展現(xiàn)出了出色的電氣性能。截止頻率范圍為0.001kHz到9kHz，時鐘與截止頻率的溫度系數(shù)為10ppm/°C，確保了在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性。輸出電壓范圍為0.25V到VDD - 0.25V，輸出失調(diào)電壓在±4mV到±25mV之間，總諧波失真加噪聲在特定條件下可達 -81dB。

3.2 MAX7427電氣特性

+3V電源供電的MAX7427同樣表現(xiàn)優(yōu)異。截止頻率范圍擴展到0.001kHz到12kHz，在相同的測試條件下，總諧波失真加噪聲為 -79dB。其時鐘和電源相關的電氣參數(shù)與MAX7426類似，但在具體數(shù)值上有所差異，以適應不同的電源電壓。

四、典型工作特性分析

4.1 通帶頻率響應

從通帶頻率響應曲線可以看出，濾波器在通帶內(nèi)具有較為平坦的增益特性，能夠保證信號的有效傳輸。不同截止頻率下的曲線變化規(guī)律，為工程師在設計時選擇合適的截止頻率提供了參考。

4.2 相位響應

相位響應曲線展示了濾波器對信號相位的影響。在設計過程中，需要考慮相位變化對系統(tǒng)性能的影響，特別是在對相位敏感的應用中。

4.3 電源電流與電壓、溫度的關系

電源電流隨電源電壓和溫度的變化曲線顯示，濾波器的電源電流在一定范圍內(nèi)保持相對穩(wěn)定，但在極端溫度和電壓條件下會有微小的波動。了解這些特性有助于工程師在不同的工作環(huán)境中合理設計電源電路，確保濾波器的正常工作。

4.4 總諧波失真加噪聲與輸入信號幅度的關系

通過觀察總諧波失真加噪聲與輸入信號幅度的關系曲線，工程師可以確定濾波器的最佳輸入信號范圍，以獲得最小的失真和噪聲。

五、引腳功能與詳細說明

5.1 引腳功能

5.2 詳細工作原理

MAX7426/MAX7427采用了一種與傳統(tǒng)雙二次濾波器設計不同的方法，通過開關電容積分器和求和縮放來模擬無源網(wǎng)絡。這種設計的優(yōu)點是元件靈敏度低，每個元件對整個濾波器形狀的影響較小，而不是只影響單個零極點對，從而提高了濾波器的穩(wěn)定性和可靠性。

六、應用注意事項

6.1 時鐘信號

無論是使用外部時鐘還是內(nèi)部振蕩器，都需要注意時鐘信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性。外部時鐘應具有40%到60%的占空比，內(nèi)部振蕩器的電容（COSC）應盡量選擇低寄生電容的元件，以確保振蕩器頻率的準確性。

6.2 輸入阻抗

濾波器的輸入阻抗與時鐘頻率成反比，可通過公式 (Z{IN}=frac{1}{f{CLK} × C_{IN}}) 估算。在選擇驅(qū)動源時，應確保其輸出電阻小于濾波器輸入阻抗的10%，以減少信號失真。

6.3 低功耗關斷模式

當需要降低系統(tǒng)功耗時，可將SHDN引腳驅(qū)動為低電平，使濾波器進入關斷模式。此時，濾波器的電源電流降至0.2μA，輸出變?yōu)楦咦杩範顟B(tài)。

6.4 失調(diào)和共模輸入調(diào)整

對于需要進行直流電平轉(zhuǎn)換的應用，COM引腳可設置共模輸入電壓。若需要進行失調(diào)調(diào)整，可通過電阻分壓器網(wǎng)絡向OS引腳施加外部偏置電壓。但需要注意的是，改變COM或OS引腳的電壓會影響濾波器的動態(tài)范圍。

6.5 電源供應

MAX7426和MAX7427分別需要單 +5V和 +3V電源供電，VDD引腳應通過0.1μF電容旁路到地。若需要雙電源供電，可將COM連接到系統(tǒng)地，GND連接到負電源。

6.6 抗混疊和DAC后置濾波

在用于抗混疊或DAC后置濾波時，應確保DAC（或ADC）和濾波器的時鐘同步，以避免拍頻信號混疊到所需通帶內(nèi)。

七、總結(jié)

MAX7426/MAX7427 5階低通橢圓開關電容濾波器以其低功耗、寬截止頻率范圍、良好的阻帶抑制和低失真等優(yōu)點，成為了電子工程師在DAC后置濾波和抗混疊應用中的理想選擇。通過深入了解其特性、電氣參數(shù)和應用注意事項，工程師可以更好地利用這款濾波器，設計出性能更優(yōu)、穩(wěn)定性更高的電路系統(tǒng)。你在使用類似濾波器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。