探索MAX263/264/267/268：引腳可編程通用與帶通濾波器的卓越性能

在電子工程師的日常工作中，濾波器的選擇和設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們將深入探討Maxim Integrated推出的MAX263/264/267/268引腳可編程通用與帶通濾波器。這些濾波器以其獨(dú)特的特性和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，成為了眾多設(shè)計(jì)中的理想選擇。

文件下載：MAX264.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX263/264和MAX267/268是CMOS開(kāi)關(guān)電容有源濾波器，專為精密濾波應(yīng)用而設(shè)計(jì)。中心頻率、Q值和工作模式都可以通過(guò)引腳輸入進(jìn)行選擇。其中，MAX263/264無(wú)需外部組件即可實(shí)現(xiàn)多種類型的濾波器，如帶通、低通、高通、陷波和全通濾波器；而MAX267/268則專注于帶通應(yīng)用，并包含一個(gè)未使用的運(yùn)算放大器。兩款器件都包含兩個(gè)二階濾波器部分。

輸入時(shí)鐘和5位編程輸入可以精確設(shè)置濾波器的中心/截止頻率，Q值也可以在0.5到64之間進(jìn)行編程。每個(gè)濾波器半部分都有獨(dú)立的時(shí)鐘輸入，可以使用外部時(shí)鐘或晶體。MAX263和267的中心頻率最高可達(dá)57kHz，而MAX264和268通過(guò)采用較低的$f{CLK}/f{0}$比率，將$f_{0}$范圍擴(kuò)展到了140kHz。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

這些濾波器在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括：

1. 聲納和航空電子儀器：用于信號(hào)處理和濾波，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。
2. 抗混疊濾波器：在模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)時(shí)，防止混疊現(xiàn)象的發(fā)生。
3. 數(shù)字信號(hào)處理：對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波和處理，提高信號(hào)的質(zhì)量和精度。
4. 振動(dòng)和音頻分析：用于分析振動(dòng)和音頻信號(hào)，提取有用的信息。
5. 匹配跟蹤濾波器：在通信和雷達(dá)系統(tǒng)中，用于跟蹤和匹配信號(hào)。

三、典型應(yīng)用特性

1. 32步中心頻率控制：可以精確地設(shè)置濾波器的中心頻率，滿足不同應(yīng)用的需求。
2. 128步Q控制：可以靈活地調(diào)整濾波器的Q值，優(yōu)化濾波器的性能。
3. 獨(dú)立的Q和$f_{0}$編程：可以獨(dú)立地設(shè)置Q值和中心頻率，提高設(shè)計(jì)的靈活性。
4. 保證的時(shí)鐘到$f_{0}$比率 -1%（A級(jí)）：確保濾波器的性能穩(wěn)定和可靠。
5. 75kHz$f_{0}$范圍（MAX264/268）：提供了更寬的頻率范圍，適用于更多的應(yīng)用場(chǎng)景。
6. 單+5V和±5V操作：可以使用多種電源配置，方便設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

四、電氣特性

（一）絕對(duì)最大額定值

• 總電源電壓（$V^{+}$到$V^{-}$）：15V
• 輸入電流，任何引腳：±50mA
• 功率耗散：不同封裝有不同的限制，如CERDIP在$70^{circ}C$以上需降額12.5mW/$^{circ}C$，最大為1000mW

（二）電氣特性參數(shù)

包括中心頻率范圍、$f{CLK}/f{0}$比率誤差、Q精度、直流低通增益精度、增益溫度系數(shù)等。這些參數(shù)在不同的條件下有不同的表現(xiàn)，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇和調(diào)整。

五、引腳描述

不同的引腳具有不同的功能，如正電源電壓、時(shí)鐘輸入、濾波器輸入、帶通輸出、高通/陷波/全通輸出等。了解引腳的功能對(duì)于正確使用濾波器至關(guān)重要。

六、濾波器操作模式

（一）MAX263/264

可以配置為四種基本模式（Mode 1 - 4），以及一種特殊模式（Mode 3A）。不同的模式適用于不同的濾波器類型，如全極點(diǎn)低通和帶通濾波器、高通濾波器、陷波濾波器、全通濾波器等。

（二）MAX267/268

僅工作在Mode 1，專注于帶通應(yīng)用。

七、濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程

1. 規(guī)格轉(zhuǎn)換：將所需的頻率響應(yīng)規(guī)格轉(zhuǎn)換為合適數(shù)量的二階部分的$f_{0}$和Q值。
2. 編程系數(shù)確定：將$f_{0}$和Q值轉(zhuǎn)換為濾波器所需的數(shù)字程序系數(shù)。
3. 操作模式和時(shí)鐘頻率選擇：選擇合適的操作模式和時(shí)鐘頻率。
4. 采樣誤差校正：如果采樣率較低，可能需要使用圖17或Maxim的設(shè)計(jì)軟件來(lái)校正采樣誤差。
5. 參數(shù)選擇：從表2和表3中選擇所需的$f_{0}$和Q值。

八、設(shè)計(jì)示例

（一）4階多重反饋帶通 - MAX268

使用一個(gè)引腳編程的MAX268實(shí)現(xiàn)4階50kHz切比雪夫帶通濾波器。通過(guò)Maxim的設(shè)計(jì)程序“BP”生成編程代碼和反饋電阻值，實(shí)現(xiàn)了中心頻率為50.305kHz，通帶帶寬為10.07kHz的濾波器。

（二）4階帶通（無(wú)多重反饋） - MAX268

在不使用多重反饋的情況下，實(shí)現(xiàn)了相同規(guī)格的濾波器，但需要為$CLK{A}$和$CLK{B}$提供獨(dú)立的時(shí)鐘。

（三）雙4階跟蹤低通 - MAX263

使用兩個(gè)MAX263設(shè)置兩個(gè)巴特沃斯低通濾波器，實(shí)現(xiàn)精確跟蹤。通過(guò)校正采樣誤差，確保濾波器的性能符合要求。

九、應(yīng)用提示

（一）電源供應(yīng)

可以使用多種電源配置，如+5V到+12V單電源或±2.5V到±6V雙電源。為了獲得最佳性能，建議使用旁路電容，并將其盡可能靠近電源引腳。

（二）輸出擺幅和削波

MAX26X輸出設(shè)計(jì)為在10k負(fù)載下能夠擺動(dòng)到每個(gè)電源軌的0.15V以內(nèi)。為了確保輸出不超出最大范圍，需要仔細(xì)考慮峰值幅度響應(yīng)、各個(gè)部分的增益、輸入信號(hào)電平以及濾波器的失調(diào)電壓。

（三）時(shí)鐘饋通和噪聲

典型的寬帶噪聲為$0.5 mV_{pp}$，從直流到100kHz。噪聲幾乎與時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)。在多級(jí)濾波器中，應(yīng)將Q值最高的部分放在前面，以降低輸出噪聲。

（四）輸入阻抗

濾波器的輸入阻抗可以通過(guò)公式$R{IN}=2/(C{A}×f_{CLK})$來(lái)描述，同時(shí)還存在約5pF的固定雜散電容到地。

（五）數(shù)字輸入

濾波器的編程通過(guò)將輸入引腳M0、M1、F0 - F4和Q0 - Q6連接到高或低電壓電平來(lái)實(shí)現(xiàn)。輸入沒(méi)有內(nèi)部上拉或下拉，因此這些輸入不能懸空。

（六）低頻采樣率下的$f_{0}$和Q

在低$f{CLK}/f{0}$比率和低Q設(shè)置下，可能會(huì)出現(xiàn)與理想連續(xù)濾波器響應(yīng)的偏差?？梢允褂脠D17或Maxim的設(shè)計(jì)軟件來(lái)校正這些偏差。

十、總結(jié)

MAX263/264/267/268引腳可編程通用與帶通濾波器具有多種特性和功能，適用于各種濾波應(yīng)用。通過(guò)合理選擇操作模式、時(shí)鐘頻率和編程參數(shù)，工程師可以實(shí)現(xiàn)高性能的濾波器設(shè)計(jì)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意電源供應(yīng)、輸出擺幅、時(shí)鐘饋通、輸入阻抗等問(wèn)題，以確保濾波器的性能和可靠性。希望本文能夠?yàn)殡娮庸こ處熢跒V波器設(shè)計(jì)方面提供一些有用的參考和指導(dǎo)。

你在使用這些濾波器的過(guò)程中，遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。