LTC1563-2/LTC1563-3：易用型有源 RC 低通濾波器的技術(shù)剖析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)計領(lǐng)域，濾波器的重要性不言而喻。今天我們要深入探討的是 Linear Technology 公司的 LTC1563 - 2/LTC1563 - 3 有源 RC 四階低通濾波器系列，這兩款濾波器在眾多應(yīng)用場景中表現(xiàn)出色，下面讓我們詳細了解其特性、參數(shù)及應(yīng)用要點。

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一、產(chǎn)品特性

1. 易用性與靈活性

這兩款濾波器使用極為簡便，只需一個電阻值就能設(shè)定截止頻率（256 Hz < (f_{C}) < 256 kHz）。而且通過選擇不同的電阻值，能實現(xiàn)任意的傳遞函數(shù)，有無增益均可。借助 FilterCAD? 軟件，截止頻率甚至能支持到 360kHz。

2. 特定響應(yīng)模式

LTC1563 - 2 采用單個電阻值可實現(xiàn)單位增益的巴特沃斯響應(yīng)，而 LTC1563 - 3 采用單個電阻值能實現(xiàn)單位增益的貝塞爾響應(yīng)。不同的電阻值還能實現(xiàn)其他響應(yīng)模式。

3. 電壓特性

具備軌到軌的輸入和輸出電壓，工作電源范圍從單 3V（最小 2.7V）到 ±5V。

4. 低噪聲與高精度

噪聲較低，例如 (f{C}=25.6 kHz) 時為 (36 mu V{RMS })，(f{C}=256 kHz) 時為 (60 mu V{RMS})。截止頻率精度 < ±2%（典型值），直流偏移 < 1mV。

5. 可級聯(lián)性與封裝

能夠級聯(lián)形成八階低通濾波器，采用窄 SSOP - 16 封裝。

二、絕對最大額定值

三、電氣特性

1. 電源電壓與電流

在高速（HS）模式下，總電源電壓范圍為 3V 到 11V；低功耗（LP）模式下，為 2.7V 到 11V。不同電源電壓和截止頻率下，電源電流有所不同。例如，HS 模式下 (V{S}=3V)，(f{C}=25.6kHz) 時，典型電源電流為 8.0mA；LP 模式下 (V{S}=2.7V)，(f{C}=25.6kHz) 時，典型電源電流為 1.0mA。

2. 輸出電壓擺幅

輸出電壓擺幅受電源電壓、截止頻率和負載電阻等因素影響。例如，HS 模式下 (V{S}=3V)，(f{C}=25.6kHz)，(R{FIL}=100k)，(R{L}=10k) 到地時，輸出電壓擺幅高典型值為 2.95V。

3. 直流偏移電壓

不同模式和條件下，直流偏移電壓有所差異。如 HS 模式下，輸入到輸出（A、B 級聯(lián)），(V{S}=3V)，(f{C}=25.6kHz)，(R_{FIL}=100k) 時，典型直流偏移電壓為 ±1.5mV。

4. 截止頻率精度與溫度系數(shù)

截止頻率精度在不同模式和頻率下有所不同，溫度系數(shù)為 ±1ppm/°C（低頻時），高頻時（接近 25.6kHz 低功耗模式和接近 256kHz 高速模式）截止頻率溫度漂移為 ±15ppm/°C。

四、引腳功能

1. LP（引腳 1）

控制低功耗和高速兩種工作模式。邏輯高電平或開路時為高速模式，邏輯低電平或連接 (V^{-}) 時為低功耗模式。

2. SA、SB（引腳 2、11）

求和引腳，是信號前饋和反饋的求和點。引腳電容會影響頻率響應(yīng)，外部電阻應(yīng)盡量靠近該引腳。

3. NC（引腳 3、5、10、12、14）

內(nèi)部未連接，為保證性能應(yīng)連接到地。

4. INVA、INVB（引腳 4、13）

反相輸入引腳，為高阻抗、敏感節(jié)點，易受干擾，印刷電路連接應(yīng)盡量短。

5. LPA、LPB（引腳 6、15）

低通輸出引腳，設(shè)計用于驅(qū)動 5kΩ 和 20pF 的負載。

6. AGND（引腳 7）

模擬地，是內(nèi)部電阻分壓器的中點，建議使用模擬接地平面。

7. (V^{-})、(V^{+})（引腳 8、16）

電源引腳，需用 0.1μF 電容旁路到模擬地或接地平面。

8. EN（引腳 9）

使能引腳，高電平或開路時進入關(guān)斷狀態(tài)，需連接 (V^{-}) 或邏輯低電平以正常工作。

五、應(yīng)用信息

1. 功能描述

LTC1563 - 2/LTC1563 - 3 是易于使用的四階低通濾波器，LTC1563 - 2 近似巴特沃斯響應(yīng)，LTC1563 - 3 近似貝塞爾響應(yīng)。通過公式 (R = 10k(256kHz / f_{C})) 可簡單計算單位增益電阻值。不同電阻值可實現(xiàn)增益、其他傳遞函數(shù)和更高截止頻率，使用 FilterCAD 軟件能獲得更精確的設(shè)計。

2. 截止頻率和增益限制

有最大和最小截止頻率限制，最大截止頻率受運放速度限制，最小截止頻率受大阻值精密電阻獲取難度限制。中間截止頻率時，增益受上述兩個因素限制。

3. 直流偏移、噪聲和增益考慮

采用兩步直流偏移調(diào)整方法，對于增益大于 1 的情況，應(yīng)合理分配增益以降低噪聲和直流偏移。

4. 輸出負載

輸出負載分為電阻性和電容性影響。電阻性負載影響輸出信號擺幅和失真，負載電阻應(yīng)大于 10kΩ；電容性負載影響運放穩(wěn)定性，電容應(yīng)低于 30pF。

5. 布局注意事項

布局時應(yīng)盡量減少寄生電容的影響，電阻應(yīng)靠近求和引腳，信號布線和電阻最好在同一層，避免過孔。

6. 單極點部分和奇數(shù)階濾波器

可通過特定電路實現(xiàn)單極點部分和奇數(shù)階濾波器，如使用運放、片上電容和外部電阻構(gòu)成單極點部分，或使用“TEE”網(wǎng)絡(luò)形成單實極點。

7. 未使用部分的處理

若作為二階或三階濾波器使用，未使用的部分應(yīng)正確連接，避免輸出浮空導(dǎo)致振蕩。

六、典型應(yīng)用

1. 低通濾波器應(yīng)用

如 ±5V，2.3mA 電源電流，20kHz，四階，0.5dB 紋波切比雪夫低通濾波器；單 3.3V，2mA 電源電流，20kHz 八階巴特沃斯低通濾波器等。

2. 六階偽巴特沃斯濾波器

通過特定的 (f_{0}) 和 Q 值，可在 FilterCAD 中設(shè)計出與教科書響應(yīng)難以區(qū)分的濾波器。

3. 寬帶帶通濾波器

結(jié)合四階低通濾波器和兩個高通極點，可設(shè)計出寬帶帶通濾波器，但 FilterCAD 不直接支持該配置，需通過自定義設(shè)計窗口實現(xiàn)。

4. 其他應(yīng)用

還包括單電源 10kHz 帶通濾波器、單電源 100kHz 橢圓低通濾波器等。

七、相關(guān)部件

介紹了一些相關(guān)的濾波器部件，如 LTC1560 - 1、LTC1562 等，它們各有特點和適用范圍。

在實際設(shè)計中，工程師們需根據(jù)具體需求，充分考慮 LTC1563 - 2/LTC1563 - 3 的各項特性和參數(shù)，合理布局和設(shè)計電路，以實現(xiàn)最佳的濾波效果。你在使用這款濾波器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。