線性科技LTC1060：通用雙濾波器構(gòu)建模塊的卓越性能與應(yīng)用

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，濾波器的選擇至關(guān)重要。今天，我們將深入探討線性科技（Linear Technology）的LTC1060通用雙濾波器構(gòu)建模塊，它在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了卓越的性能。

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一、LTC1060的特性亮點(diǎn)

1. 供電與頻率靈活性

LTC1060支持±2.37V至 ±8V的單電源或雙電源供電。在 ±2.5V電源下，具備低功耗和88dB的動(dòng)態(tài)范圍；而在 ±5V電源時(shí)，工作頻率最高可達(dá)30kHz。這使得它能夠適應(yīng)不同的電源環(huán)境和頻率需求，為設(shè)計(jì)提供了高度的靈活性。

2. 頻率與精度保障

其中心頻率Q乘積最高可達(dá)1.6MHz，并且在不同溫度下，時(shí)鐘到中心頻率的精度有明確保障，如LTC1060A為0.3%，LTC1060為0.8%。同時(shí)，Q值精度在溫度變化時(shí)也能得到保證，這對(duì)于需要精確濾波的應(yīng)用來(lái)說(shuō)尤為關(guān)鍵。

3. 低溫度系數(shù)與低串?dāng)_

Q值和中心頻率的溫度系數(shù)較低，串?dāng)_僅70dB，確保了濾波器在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性和信號(hào)的純凈度。

4. 時(shí)鐘兼容性

時(shí)鐘輸入與TTL和CMOS兼容，方便與各種數(shù)字電路接口，降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

1. 電源濾波器

可用于單5V電源的中頻濾波器，在這種應(yīng)用中，它能以低功耗實(shí)現(xiàn)高效的濾波功能，適合對(duì)功耗有嚴(yán)格要求的設(shè)備。

2. 高Q值與高動(dòng)態(tài)范圍濾波器

可構(gòu)建非常高Q值和高動(dòng)態(tài)范圍的帶通、陷波濾波器，滿足對(duì)信號(hào)選擇性和動(dòng)態(tài)性能要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如通信系統(tǒng)中的信號(hào)處理。

3. 跟蹤與電信濾波器

在跟蹤濾波器和電信濾波器中也能發(fā)揮重要作用，為通信設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的濾波性能。

三、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理

LTC1060由兩個(gè)高性能的開關(guān)電容濾波器組成。每個(gè)濾波器與2至5個(gè)電阻配合，能夠?qū)崿F(xiàn)各種二階濾波功能，如低通、帶通、高通、陷波和全通。這些功能的中心頻率可以通過(guò)外部時(shí)鐘或外部時(shí)鐘與電阻比進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)級(jí)聯(lián)兩個(gè)濾波器模塊，還可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)四階的全雙二次函數(shù)，并且能夠形成任何經(jīng)典的濾波器配置，如巴特沃斯、切比雪夫、貝塞爾、考爾等。

它采用了線性科技的增強(qiáng)型LTCMOS?硅柵工藝制造，這使得它具有低失調(diào)、高動(dòng)態(tài)范圍、高中心頻率Q乘積和出色的溫度穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。

四、性能參數(shù)剖析

1. 絕對(duì)最大額定值

不同型號(hào)的LTC1060在工作溫度范圍上有所不同，如LTC1060AC/LTC1060C為 -40°C至85°C，LTC1060AM/LTC1060M為 -55°C至125°C。存儲(chǔ)溫度范圍為 -65°C至150°C，引腳焊接溫度（10秒）為300°C。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須嚴(yán)格遵循這些參數(shù)，以確保器件的可靠性和壽命。

2. 電氣特性

在不同電源電壓下，LTC1060的中心頻率范圍、時(shí)鐘到中心頻率比、Q值精度、溫度系數(shù)等參數(shù)各不相同。例如，在 ±5V電源下，中心頻率范圍在不同條件下有所變化；時(shí)鐘到中心頻率比方面，LTC1060A和LTC1060在不同模式和頻率下也有不同的精度表現(xiàn)。這些參數(shù)的差異需要工程師根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行選擇和調(diào)整。

五、引腳說(shuō)明與應(yīng)用要點(diǎn)

1. 電源引腳

(V^{+} A) 和 (V^{+} D) （引腳7和8）以及 (V^{-} A) 和 (V^{-} D) （引腳14和13）分別為模擬和數(shù)字正、負(fù)電源引腳。在大多數(shù)情況下，引腳7和8應(yīng)連接在一起，并通過(guò)0.1μF的陶瓷圓盤電容器進(jìn)行旁路，引腳13和14同理。如果設(shè)備工作在高數(shù)字噪聲環(huán)境中，電源引腳可以單獨(dú)旁路。

2. 時(shí)鐘輸入與電平轉(zhuǎn)換

電平轉(zhuǎn)換（LSh）引腳9用于適應(yīng)TTL或CMOS時(shí)鐘電平。在不同電源條件下，引腳9的連接方式有所不同。輸入時(shí)鐘引腳（10、11）共享同一電平轉(zhuǎn)換引腳，時(shí)鐘邏輯閾值電平在溫度變化時(shí)通常比LSh引腳電位高1.5V ± 0.1V，輸入時(shí)鐘的占空比應(yīng)接近50%。

3. 50/100/Hold引腳

引腳12的連接方式?jīng)Q定了濾波器的工作模式。連接到 (V^{+} A) 和 (V^{+} D) 時(shí)，濾波器工作在50:1模式；連接到1/2電源（即AGND電位）時(shí)，工作在100:1模式；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。

4. 其他引腳

(S 1{A}) 、 (S 1{B}) （引腳5和16）為電壓信號(hào)輸入引腳，使用時(shí)源阻抗應(yīng)低于5kΩ，可用于改變CLK到中心頻率的比率或?qū)崿F(xiàn)全通濾波器配置。(S_{A / B}) （引腳6）的高低電平狀態(tài)影響濾波器的工作模式和噪聲性能。AGND（引腳15）在雙電源工作時(shí)應(yīng)連接到系統(tǒng)地，單正電源工作時(shí)應(yīng)連接到1/2電源并旁路0.1μF電容器。

六、模式與應(yīng)用實(shí)例

1. 工作模式

LTC1060主要有三種工作模式：模式1、模式2和模式3，以及它們的派生模式。模式1中，輸入放大器在諧振回路之外，速度較快，適用于需要高速處理的應(yīng)用；模式2和模式3中，輸入放大器及其反饋電阻成為諧振回路的一部分，速度相對(duì)較慢，但模式2的通用性較強(qiáng)，模式3則是最通用和有用的模式，可用于級(jí)聯(lián)二階部分以獲得高階橢圓濾波器。

2. 應(yīng)用實(shí)例

• 模式1c可通過(guò)級(jí)聯(lián)兩個(gè)LTC1060的部分來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)鐘可調(diào)的四階1dB波紋帶通切比雪夫?yàn)V波器，中心頻率與帶寬比為20:1。
• 模式3a與模式3結(jié)合可制作四階帶通濾波器，通過(guò)外部運(yùn)算放大器優(yōu)化輸出節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)高達(dá)20kHz中心頻率的穩(wěn)定性能。
• 模式3a與模式2b結(jié)合可創(chuàng)建一個(gè)四階帶阻橢圓濾波器，無(wú)需外部運(yùn)算放大器，實(shí)現(xiàn)了44dB的抑制和9/1的0dB帶寬與阻帶帶寬比。

七、偏移與輸出噪聲

1. 偏移問(wèn)題

開關(guān)電容積分器通常比分立RC積分器具有更高的輸入偏移，這些偏移主要是由于CMOS開關(guān)的電荷注入到積分電容中，且與溫度無(wú)關(guān)。內(nèi)部運(yùn)算放大器的偏移也會(huì)增加整體偏移，因此開關(guān)電容濾波器的直流輸出偏移通常比分立有源濾波器高。LTC1060的等效輸入偏移 (Vos1) 、 (V{OS 2}) 、 (V{OS 3}) 都經(jīng)過(guò)100%測(cè)試，當(dāng) (S{A / B}) 引腳短接到負(fù)電源時(shí)， (V{OS 2}) 的值會(huì)減小，同時(shí)噪聲也會(huì)降低20%至30%。

2. 輸出噪聲

LTC1060輸出的寬帶RMS噪聲幾乎與時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)，只要時(shí)鐘本身不成為噪聲源。在 ±2.5V電源下，噪聲會(huì)略有降低。帶通和低通輸出的噪聲在高Q值時(shí)會(huì)增加。

八、封裝選擇

LTC1060提供了多種封裝選項(xiàng)，包括20引腳PDIP（N包裝）、20引腳CERDIP（J包裝，已過(guò)時(shí)）和20引腳塑料小外形（SW包裝）。不同的封裝適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景和安裝要求，工程師需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

線性科技的LTC1060是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的通用雙濾波器構(gòu)建模塊。它在供電靈活性、頻率精度、溫度穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)出色，適用于多種應(yīng)用領(lǐng)域。然而，在使用過(guò)程中，工程師需要仔細(xì)考慮其引腳連接、工作模式、偏移和噪聲等問(wèn)題，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)理想的濾波效果。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中有沒有遇到類似濾波器應(yīng)用的難題呢？歡迎交流分享。