線性LTC1562：低噪聲、低失真有源RC四通用濾波器的卓越之選

在當(dāng)今的電子工程領(lǐng)域，濾波器的性能對于許多系統(tǒng)的正常運行至關(guān)重要。線性技術(shù)公司的LTC1562作為一款低噪聲、低失真的連續(xù)時間濾波器，以其獨特的特性和廣泛的應(yīng)用場景，成為了眾多工程師的首選。本文將深入探討LTC1562的特點、應(yīng)用以及相關(guān)設(shè)計要點。

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一、LTC1562的特性亮點

1. 連續(xù)時間與多階濾波

LTC1562采用連續(xù)時間設(shè)計，無需時鐘驅(qū)動，這在很大程度上簡化了電路設(shè)計。它包含四個獨立的二階濾波模塊，中心頻率范圍為10kHz至150kHz，不僅中心頻率精度高（典型精度為±0.5%，A級精度可達±0.3%），還能以任意組合方式級聯(lián)，可輕松實現(xiàn)如一個八階或兩個四階濾波器等多種濾波需求。

2. 豐富的響應(yīng)類型

該濾波器支持多種響應(yīng)形狀，包括低通、帶通和高通響應(yīng)。同時，它還具備高達103dB的典型信噪比（±5V電源，(Q = 1)）和97dB的典型信噪比（單5V電源，(Q = 1)），以及在±5V電源、20kHz輸入時的96dB典型S/(N + THD)，能夠有效抑制噪聲和失真，提供高質(zhì)量的信號處理。

3. 寬電源范圍與低功耗

LTC1562支持單電源或雙電源供電，總電源電壓范圍為5V至10V，具有很強的電源適應(yīng)性。此外，它還具備“零功耗”關(guān)機模式，可在不需要工作時降低功耗，延長設(shè)備的續(xù)航時間。

4. 電阻可編程

通過三個外部電阻，用戶可以方便地對每個二階模塊的中心頻率 (f_{0})、品質(zhì)因數(shù) (Q) 和增益進行編程，實現(xiàn)定制化的濾波功能。這種靈活的編程方式使得LTC1562能夠適應(yīng)各種不同的應(yīng)用需求。

二、電氣特性分析

在不同的電源電壓和工作條件下，LTC1562展現(xiàn)出了穩(wěn)定的電氣性能。供應(yīng)電流、輸出電壓擺幅、直流偏移幅度等參數(shù)都在合理的范圍內(nèi)波動，確保了濾波器在各種環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性。例如，在±5V電源、輸出空載的情況下，供應(yīng)電流典型值為19mA至21.5mA；在±2.375V電源和±5V電源下，輸出電壓擺幅分別可達4.0VP - P至4.6VP - P和9.3VP - P至9.8VP - P。

三、引腳功能詳解

1. 電源引腳

(V^{+}) 和 (V^{-}) 引腳需要使用0.1μF電容旁路到適當(dāng)?shù)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/analog/" target="_blank">模擬地或接地平面，以減少電源噪聲的影響。在20引腳SSOP封裝中，額外的引腳4、7、14和17內(nèi)部連接到 (V^{-})，應(yīng)與引腳16連接到同一點，以實現(xiàn)最佳屏蔽效果。

2. 模擬接地引腳

AGND引腳是內(nèi)部電阻分壓器的中點，作為內(nèi)部接地參考。在雙電源操作時，應(yīng)將其連接到接地平面；在單電源操作時，需要使用至少0.1μF的電容旁路到接地平面（最好為1μF以獲得最佳交流性能）。同時，模擬接地平面應(yīng)與任何數(shù)字接地在單點連接，以避免信號干擾。

3. 關(guān)機引腳

SHDN引腳用于控制濾波器的關(guān)機狀態(tài)。當(dāng)該引腳輸入高電平或開路時，LTC1562進入“零功耗”關(guān)機狀態(tài)，只有結(jié)泄漏電流流動；當(dāng)連接到邏輯“低”（±5V電源時為0V，5V總電源時為 (V^{-})）時，濾波器正常工作。

4. 輸入和輸出引腳

INV A、INV B、INV C、INV D為每個二階模塊的虛擬地求和點，外部組件 (Z{IN})、R2、(R{Q}) 連接到這些引腳。V1 A、V1 B、V1 C、V1 D和V2 A、V2 B、V2 C、V2 D為輸出引腳，根據(jù)外部電路的不同可提供帶通、高通、低通等不同響應(yīng)。

四、應(yīng)用信息與設(shè)計要點

1. 功能描述

LTC1562的每個二階模塊都具有虛擬地輸入節(jié)點（INV）和兩個軌到軌輸出（V1、V2）。通過三個外部電阻，可同時提供二階低通和帶通響應(yīng)。此外，通過改變外部阻抗 (Z_{IN}) 的類型，還可實現(xiàn)高通響應(yīng)以及其他具有零的響應(yīng)。其虛擬地輸入使得每個二階模塊還具備增益、求和和加權(quán)多個輸入等模擬運算能力，功能十分強大。

2. 設(shè)置 (f_{0}) 和 (Q)

外部電阻R2和 (R{Q}) 可用于設(shè)置每個二階模塊的中心頻率 (f{0}) 和品質(zhì)因數(shù) (Q)。計算公式如下： [f{0}=frac{1}{2 pi C sqrt{(R 1) R 2}}=left(sqrt{frac{10 k Omega}{R 2}}right)(100 kHz)] [Q=frac{R{0}}{sqrt{(R 1) R 2}}=frac{R{0}}{sqrt{(10 k Omega) R 2}}=frac{R{0}}{R 2}left(frac{100 kHz}{f{0}}right)] 其中，(R 1 = 10k) 和 (C = 159pF) 為內(nèi)部固定值，R2和 (R{0}) 為外部可變電阻。在設(shè)計過程中，需根據(jù)實際需求選擇合適的電阻值，以達到所需的 (f_{0}) 和 (Q)。

3. 不同響應(yīng)類型的實現(xiàn)

• 基本低通：當(dāng) (Z{IN}) 為電阻 (R{IN}) 時，從 (V{IN}) 到V2可得到標(biāo)準(zhǔn)的二階低通傳遞函數(shù)，直流增益幅度為 (H{L}=R 2 / R_{IN})。
• 基本帶通：有兩種方式可獲得帶通函數(shù)。當(dāng) (Z{IN}) 為電阻 (R{IN}) 時，V1輸出為帶通響應(yīng)，增益參數(shù) (H{B}=R{Q} / R{I N})；當(dāng) (Z{IN}) 為電容 (C{IN}) 時，V2輸出為帶通響應(yīng)，增益參數(shù) (H{B}=(R{Q} / 10 k Omega)(C{I N} / 159 p F))。
• 基本高通：當(dāng) (Z{IN}) 為電容 (C{IN}) 時，V1輸出為高通響應(yīng)，增益參數(shù) (H{H}=C{IN} / 159 pF)。

4. 信號擺幅與動態(tài)范圍

V1和V2輸出能夠在接近電源軌的范圍內(nèi)擺動，但在設(shè)計時需要注意信號擺幅的縮放，以避免輸出過載。根據(jù)輸入頻率和 (f{0}) 的關(guān)系，可合理選擇濾波器的設(shè)計，以實現(xiàn)最大動態(tài)范圍。例如，當(dāng) (f{0}<100 kHz) 時，V2輸出的擺幅往往較大；當(dāng) (f_{0}>100 kHz) 時，V1輸出的擺幅往往較大。

5. 應(yīng)對不同輸入信號

• 低電平或?qū)挿秶斎胄盘?/strong>：LTC1562內(nèi)置低噪聲放大功能，可通過調(diào)整 (Z_{IN}) 的值來控制模塊的增益，提高低電平信號的信噪比，還可實現(xiàn)自動增益控制（AGC）。
• 輸入電壓超出電源范圍：在設(shè)計中，通過合理設(shè)置電路參數(shù)，可使LTC1562能夠承受超出電源電壓的輸入電壓。但需注意保持濾波器供電正常，避免輸出飽和，同時限制輸入電流和電壓，以確保濾波器的安全和穩(wěn)定運行。