LTC1061高性能三重通用濾波器構(gòu)建模塊：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)指南

在電子工程師的設(shè)計(jì)工具箱中，濾波器是不可或缺的重要組件。今天，我們要深入探討一款功能強(qiáng)大的濾波器芯片——LTC1061，它由三個(gè)高性能通用濾波器構(gòu)建模塊組成，能夠?qū)崿F(xiàn)多種二階濾波功能，在諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

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特性亮點(diǎn)

集成與性能

1. 內(nèi)置三濾波器：一個(gè)封裝內(nèi)集成三個(gè)濾波器，大大節(jié)省了電路板空間，提高了設(shè)計(jì)的集成度。
2. 高階濾波能力：可實(shí)現(xiàn)高達(dá)6階的濾波功能，中心頻率范圍可達(dá)35kHz，(f_{0} ×Q) 乘積最高能到1MHz，能滿足不同的濾波需求。
3. 精準(zhǔn)度保障：在不同溫度條件下，能保證中心頻率和Q值的準(zhǔn)確性，同時(shí)具有低失調(diào)電壓，確保濾波性能的穩(wěn)定性。
4. 高信噪比：達(dá)到90dB的信噪比，有效減少信號中的噪聲干擾，提升信號質(zhì)量。

電源與功耗

1. 寬電源范圍：支持單4.7V電源供電，也可使用±2.37V到±8V的雙電源供電，在±5V及以上電源供電時(shí)，能處理高達(dá)100kHz的輸入頻率。
2. 低功耗設(shè)計(jì)：使用單5V電源時(shí)，功耗較低，適合對功耗有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場景。

時(shí)鐘與兼容性

1. 靈活時(shí)鐘輸入：具備時(shí)鐘輸入引腳，與 (T^{2} ~L) 和CMOS兼容，時(shí)鐘頻率的選擇較為靈活。
2. 多樣封裝形式：提供20引腳DIP和20引腳SO寬封裝，方便不同的電路板布局和安裝需求。

典型應(yīng)用場景

高階寬頻濾波

適用于高階、寬頻率范圍的帶通、低通和陷波濾波器設(shè)計(jì)，能有效過濾特定頻率范圍內(nèi)的信號，滿足通信、音頻處理等領(lǐng)域的需求。

低功耗可調(diào)濾波

在需要低功耗、單5V電源供電且時(shí)鐘可調(diào)的濾波器設(shè)計(jì)中表現(xiàn)出色，如便攜式設(shè)備、傳感器信號處理等場景。

跟蹤與抗混疊濾波

可用于跟蹤濾波器和抗混疊濾波器，確保信號的準(zhǔn)確采集和處理，避免信號失真。

電氣特性詳解

頻率范圍

中心頻率范圍會根據(jù)不同的工作模式和電源電壓有所變化。例如，在 (f{O} × Q ≤ 175kHz) 、Mode 1、(V{S} = ± 7.5V) 的條件下，中心頻率范圍為0.1 - 35kHz。輸入頻率范圍最大可達(dá)200kHz。

時(shí)鐘與頻率比

時(shí)鐘與中心頻率的比值在不同的工作模式和條件下有不同的數(shù)值。如在Sides A、B的Mode 1模式下，當(dāng) (R1 = R3 = 50k) 、(R2 = 5k) 、(Q = 10) 、(f_{CLK} = 250kHz) 時(shí)，該比值為50 ± 0.6%。

溫度系數(shù)

中心頻率和Q值的溫度系數(shù)在不同工作模式和時(shí)鐘頻率下有所不同。例如，在Mode 1、50:1、(f_{CLK} < 300kHz) 的條件下，中心頻率的溫度系數(shù)為± 1 ppm/ ° C。

失調(diào)電壓與時(shí)鐘饋通

直流失調(diào)電壓在不同的工作模式、時(shí)鐘頻率和芯片型號下有不同的數(shù)值。時(shí)鐘饋通在 (f_{CLK} < 1MHz) 時(shí)，典型值為0.4mV RMS。

引腳說明與應(yīng)用提示

電源引腳

電源引腳（Pins 10, 15）需要用0.1μF的陶瓷圓盤電容進(jìn)行旁路，建議使用低噪聲、非開關(guān)型的電源。該芯片支持單5V電源和雙電源供電，絕對最大工作電源電壓為±9V。

時(shí)鐘與電平轉(zhuǎn)換引腳

當(dāng)使用對稱雙電源時(shí)，電平轉(zhuǎn)換引腳9應(yīng)連接到模擬地；使用單5V電源時(shí)，應(yīng)連接到引腳15（系統(tǒng)地）。時(shí)鐘引腳的典型邏輯閾值電平會根據(jù)電源電壓有所不同，輸入時(shí)鐘的推薦占空比為50%，在±5V及以上電源供電時(shí)，最大時(shí)鐘頻率為2.4MHz。

電壓輸入引腳

(S 1{A}) 、(S 1{B}) （Pins 5, 16）為電壓輸入引腳，使用時(shí)驅(qū)動源阻抗應(yīng)低于5kΩ，不使用時(shí)應(yīng)連接到模擬地引腳6。

模擬地引腳

AGND（Pin 6）在使用雙電源時(shí)應(yīng)連接到系統(tǒng)地，使用單正電源時(shí)應(yīng)連接到1/2電源。內(nèi)部運(yùn)算放大器的正輸入和內(nèi)部開關(guān)的公共參考均與該引腳內(nèi)部連接，因此需要一個(gè)“干凈”的接地。

模式控制引腳

50/100/Hold（Pin 7）可控制濾波器的時(shí)鐘與中心頻率的比值。將其連接到 (V^{+}) 時(shí)，比值為50:1；處于中間電源時(shí)，比值為100:1；短接到負(fù)電源引腳時(shí)，濾波器停止工作，帶通和低通輸出作為采樣保持電路。

工作模式解析

主要模式

1. Mode 1：外部時(shí)鐘頻率與每個(gè)二階部分的中心頻率比值內(nèi)部固定為50:1或100:1，可用于制作高階巴特沃斯低通濾波器、低Q陷波濾波器和級聯(lián)二階帶通功能。
2. Mode 3：經(jīng)典的狀態(tài)變量配置，可提供高通、帶通和低通二階濾波功能，但由于輸入放大器在諧振回路內(nèi)，高頻性能不如Mode 1。可用于制作高階全極點(diǎn)帶通、低通、高通和陷波濾波器。

次要模式

1. Mode 1b：由Mode 1派生而來，通過添加兩個(gè)電阻R5和R6，可調(diào)整濾波器時(shí)鐘與中心頻率的比值，同時(shí)保留Mode 1的速度優(yōu)勢。
2. Mode 3a：Mode 3的擴(kuò)展，通過外部電阻將高通和低通輸出相加形成陷波，陷波頻率可高于或低于二階部分的中心頻率，非常靈活。
3. Mode 2：Mode 1和Mode 3的組合，時(shí)鐘與中心頻率的比值小于50:1或100:1，對電阻容差的敏感度較低。

輸出噪聲與偏移

輸出噪聲

LTC1061輸出的寬帶RMS噪聲幾乎與時(shí)鐘頻率無關(guān)，使用±2.5V電源時(shí)噪聲較低。帶通和低通輸出的噪聲大致隨 (sqrt{Q}) 增加，當(dāng)通過外部電阻改變時(shí)鐘與中心頻率的比值超過內(nèi)部設(shè)定的100:1或50:1時(shí)，噪聲會以平方根的方式增加。

輸出偏移

濾波器帶通輸出的直流偏移始終等于 (Vos3) ，其余兩個(gè)輸出（陷波和低通）的直流偏移取決于工作模式和外部電阻比值。一般來說，Q值減小、((f{CLK} / f{0})) 比值超過100:1時(shí)，輸出直流偏移會增加。

封裝信息與相關(guān)部件

封裝類型

提供J、N、SW三種封裝類型，分別為20引腳CERDIP（窄.300英寸，密封）、20引腳PDIP（窄.300英寸）和20引腳塑料小外形（寬.300英寸），滿足不同的應(yīng)用需求。

相關(guān)部件

與LTC1068、LTC1562、LTC1562 - 2等部件相關(guān)，這些部件也具有不同的濾波特性和應(yīng)用場景，可根據(jù)具體設(shè)計(jì)需求進(jìn)行選擇。

LTC1061作為一款高性能的濾波器芯片，憑借其豐富的特性、多樣的工作模式和廣泛的應(yīng)用場景，為電子工程師提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)工具。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求，合理選擇工作模式、電源電壓和外部元件，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。你在使用LTC1061或其他濾波器芯片時(shí)，遇到過哪些有趣的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。