MAX293/MAX294/MAX297：八階低通橢圓開關電容濾波器詳解

在電子電路設計中，濾波器的選擇至關重要，它直接影響著信號處理的質量和效果。今天我們要詳細探討的是MAXIM公司的三款八階低通橢圓開關電容濾波器——MAX293、MAX294和MAX297，它們在眾多領域都有著廣泛的應用。

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一、濾波器概述

MAX293/MAX294/MAX297是易于使用的八階低通橢圓開關電容濾波器。其中，MAX293/MAX294的轉角頻率范圍為0.1Hz至25kHz，MAX297的轉角頻率范圍更寬，可達0.1Hz至50kHz。這三款濾波器具有固定的響應特性，工程師的設計任務主要是選擇控制濾波器轉角頻率的時鐘頻率。

從規(guī)格上看，MAX293和MAX297的過渡比為1.5，能提供陡峭的滾降和 -80dB的阻帶抑制；MAX294的過渡比為1.2，滾降最陡峭，阻帶抑制為 -58dB。此外，它們還提供了一個未使用的運算放大器（同相輸入接地），可用于構建連續(xù)時間低通濾波器，以進行后置濾波或抗混疊處理。憑借陡峭的滾降和高階特性，這些濾波器非常適合需要最大帶寬的抗混疊應用，以及需要在頻域內對鄰近信號進行濾波的通信應用。而且，它們采用8引腳DIP和16引腳寬體SO封裝，在小面積內就能實現出色的性能。

二、應用領域

2.1 數據采集系統(tǒng)

在數據采集過程中，需要對采集到的信號進行濾波處理，以去除噪聲和干擾，提高數據的準確性。MAX293/MAX294/MAX297的高精度濾波特性能夠有效滿足這一需求。

2.2 抗混疊

在信號采樣過程中，為了避免混疊現象的發(fā)生，需要在采樣前對信號進行抗混疊濾波。這三款濾波器的陡峭滾降特性使其能夠很好地完成抗混疊任務。

2.3 DAC后置濾波

在數模轉換（DAC）后，輸出的信號可能會包含一些高頻噪聲和雜波，通過使用這些濾波器進行后置濾波，可以提高輸出信號的質量。

2.4 語音/數據信號濾波

在語音和數據通信中，需要對信號進行濾波以提取有用信息，去除干擾信號。MAX293/MAX294/MAX297能夠在頻域內對信號進行有效濾波，確保通信質量。

三、產品特性

3.1 八階低通橢圓濾波器

具有八階的高階特性，能夠提供更陡峭的滾降，有效抑制阻帶信號。

3.2 時鐘可調轉角頻率范圍

MAX293/MAX294的轉角頻率范圍為0.1Hz至25kHz，MAX297為0.1Hz至50kHz，可根據不同的應用需求進行靈活調整。

3.3 無需外部電阻或電容

內部集成了必要的電路，減少了外部元件的使用，簡化了電路設計。

3.4 內部或外部時鐘

支持使用內部振蕩器產生時鐘，也可以使用外部時鐘信號，為設計提供了更多的靈活性。

3.5 時鐘與轉角頻率的比率

MAX293/294的比率為100:1，MAX297為50:1，通過調整時鐘頻率可以方便地控制濾波器的轉角頻率。

3.6 單 +5V 電源或雙 ±5V 電源供電

可根據實際電路的電源配置選擇合適的供電方式，增強了產品的適用性。

3.7 未使用的運算放大器

可用于抗混疊或時鐘噪聲濾波，進一步提高濾波效果。

3.8 封裝形式

提供8引腳DIP和16引腳寬體SO封裝，方便不同的PCB布局和安裝需求。

四、電氣特性

4.1 濾波器特性

• 轉角頻率范圍：MAX293/MAX294為0.1Hz至25kHz，MAX297為0.1Hz至50kHz。
• 時鐘與轉角頻率比率：MAX293/294為100:1，MAX297為50:1。
• 插入增益：在不同的輸入頻率下，三款濾波器的插入增益表現各有不同，具體數據可參考文檔中的表格。
• 通帶紋波：MAX294為0.27dB，MAX297為0.23dB。
• 輸出直流擺幅：±4V。
• 輸出失調電壓：±150mV至±400mV。
• 去除輸出失調后的直流插入增益：-0.15dB至±0.01dB至0.15dB。
• 總諧波失真加噪聲：MAX293為 -71dB，MAX294為 -69dB，MAX297為 -77dB。
• 時鐘饋通：5.0mVp - p。
• 輸出驅動能力：20kΩ至10kΩ。

4.2 時鐘特性

• 內部振蕩器頻率：當Cosc = 1000pF時，頻率范圍為29kHz至43kHz。
• 內部振蕩器電流源/吸收：±70μA至±120μA。
• 時鐘輸入：高電平為4.0V，低電平為1.0V。

4.3 未使用的運算放大器特性

• 輸入失調電壓：±10mV至 +50mV。
• 輸出驅動能力：20kΩ至10kΩ。
• 輸出直流擺幅：±4V。
• 增益帶寬積：4MHz。

4.4 電源需求

• 雙電源：電壓范圍為 +2.375V至 +5.5V。
• 單電源：V - = 0V，GND = V + /2 時，V + 范圍為4.75V至11.0V。
• 電源電流：15.0mA至22.0mA。

五、設計要點

5.1 時鐘信號要求

這三款濾波器的最大推薦時鐘頻率為2.5MHz，CLK引腳可以由外部時鐘驅動，也可以由內部振蕩器和外部電容產生。外部時鐘應用中，時鐘電路設計為與 +5V CMOS邏輯接口，使用單電源或雙 +5V 電源時，用CMOS門驅動CLK引腳。當使用內部振蕩器時，CLK引腳的電容（Cosc）決定振蕩器頻率，計算公式為[fOSC(kHz)=frac{10^{5}}{3 COSC(pF)}]。同時，應盡量減小CLK引腳的雜散電容，因為它會影響內部振蕩器頻率。

5.2 電源供應

MAX293/MAX294/MAX297可以使用雙電源或單電源供電。雙電源電壓范圍為 +2.375V至 +5.5V，建議在每個電源與GND之間連接0.1μF的旁路電容。使用單電源時，將V - 引腳接地，并使用電阻分壓器網絡將GND引腳偏置到電源中點。

5.3 未使用的運算放大器應用

未使用的運算放大器可用于構建一階或二階連續(xù)時間低通濾波器，用于抗混疊或減少時鐘噪聲。例如，可以構建一個二階巴特沃斯濾波器，其轉角頻率和輸入阻抗可以根據不同的應用需求進行調整。同時，在使用該運算放大器時，應注意保持濾波器的輸入阻抗高于20kΩ，以避免對開關電容濾波器造成過度負載。

5.4 DAC后置濾波

在用于DAC后置濾波時，應使DAC和濾波器的時鐘同步。如果時鐘不同步，拍頻會混疊到所需的通帶中。DAC的時鐘應通過對開關電容濾波器的時鐘進行分頻來產生。

5.5 諧波失真

濾波器內部的非線性會產生諧波失真。在一個1kHz、5Vp - p的正弦波輸入信號、1MHz時鐘頻率和20kΩ負載的條件下，MAX293、MAX294和MAX297的典型諧波失真值有所不同，具體數據可參考文檔中的表格。

六、總結

MAX293/MAX294/MAX297三款八階低通橢圓開關電容濾波器具有高性能、易使用、靈活配置等優(yōu)點，適用于多種信號處理應用場景。在設計過程中，需要根據具體的應用需求考慮時鐘信號、電源供應、運算放大器應用等方面的因素，以確保濾波器能夠發(fā)揮最佳性能。各位工程師在實際應用中，不妨多嘗試這些濾波器，看看它們能為你的設計帶來怎樣的驚喜。你在使用類似濾波器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。