MAX7418 - MAX7425：5 階低通開關(guān)電容濾波器的卓越之選

在電子設(shè)計領(lǐng)域，濾波器的選擇對于信號處理的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。今天，我們將深入探討 Analog Devices 公司的 MAX7418 - MAX7425 系列 5 階低通開關(guān)電容濾波器（SCFs），了解它們的特性、應(yīng)用以及設(shè)計要點。

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一、概述

MAX7418 - MAX7425 系列濾波器可在單 +5V（MAX7418 - MAX7421）或 +3V（MAX7422 - MAX7425）電源下工作，僅消耗 3mA 電源電流，且轉(zhuǎn)角頻率范圍為 1Hz 至 45kHz，非常適合低功耗數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）后置濾波和抗混疊應(yīng)用。此外，它們還具備關(guān)機(jī)模式，可將電源電流降至 0.2μA，進(jìn)一步降低功耗。

二、關(guān)鍵特性

（一）多種濾波響應(yīng)

該系列濾波器提供了多種濾波響應(yīng)類型，以滿足不同的應(yīng)用需求：

1. 橢圓響應(yīng)（MAX7418/MAX7421/MAX7422/MAX7425）：具有陡峭的滾降特性和良好的阻帶抑制能力。例如，MAX7418/MAX7422 可實現(xiàn) 53dB 的阻帶抑制，過渡比為 1.6；MAX7421/MAX7425 的過渡比為 1.25，滾降更陡峭，同時仍能提供 37dB 的阻帶抑制。
2. 貝塞爾響應(yīng)（MAX7419/MAX7423）：具有低過沖和快速穩(wěn)定的響應(yīng)特性，能夠均勻延遲所有頻率分量，保留階躍輸入的波形形狀，適用于使用多路復(fù)用器（mux）選擇輸入信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）應(yīng)用。
3. 巴特沃斯響應(yīng)（MAX7420/MAX7424）：提供最大平坦的通帶響應(yīng)，適用于要求通帶內(nèi)與直流增益偏差最小的儀器儀表應(yīng)用。

（二）時鐘可調(diào)轉(zhuǎn)角頻率

該系列濾波器支持兩種時鐘選項：自時鐘（通過使用外部電容）和外部時鐘。外部時鐘可實現(xiàn)更精確的轉(zhuǎn)角頻率控制，轉(zhuǎn)角頻率與時鐘頻率的比例為 100:1，即 (f{C}=frac{f{CLK}}{100})。

（三）低功耗設(shè)計

在正常工作模式下，電源電流僅為 3mA；在關(guān)機(jī)模式下，電源電流可降至 0.2μA，有效降低了系統(tǒng)功耗。

（四）小封裝形式

采用 8 引腳 μMAX 封裝，節(jié)省了電路板空間，適用于對空間要求較高的應(yīng)用。

（五）低輸出失調(diào)

輸出失調(diào)電壓低至 ±4mV，確保了輸出信號的準(zhǔn)確性。

三、電氣特性

（一）電源要求

• MAX7418 - MAX7421：工作電壓為 +5V，電源電壓范圍為 4.5V 至 5.5V。
• MAX7422 - MAX7425：工作電壓為 +3V，電源電壓范圍為 2.7V 至 3.6V。

（二）濾波特性

• 轉(zhuǎn)角頻率范圍：MAX7418 - MAX7421 的轉(zhuǎn)角頻率范圍為 0.001kHz 至 30kHz；MAX7422 - MAX7425 的轉(zhuǎn)角頻率范圍為 100:1kHz 至 45kHz。
• 時鐘 - 轉(zhuǎn)角比：均為 100:1。
• 時鐘 - 轉(zhuǎn)角溫度系數(shù)：約為 10ppm/°C。

（三）其他特性

還包括輸出電壓范圍、輸出失調(diào)電壓、總諧波失真加噪聲（THD + N）、失調(diào)電壓增益、COM 電壓范圍等電氣特性，具體參數(shù)可參考文檔中的電氣特性表格。

四、引腳說明

五、設(shè)計要點

（一）時鐘信號

• 外部時鐘：使用外部時鐘時，需確保時鐘信號的占空比在 40% 至 60% 之間，并使用由 0 至 VDD 供電的 CMOS 門驅(qū)動 CLK 引腳。通過改變外部時鐘的速率可調(diào)整濾波器的轉(zhuǎn)角頻率。
• 內(nèi)部時鐘：使用內(nèi)部振蕩器時，CLK 上的電容（Cosc）決定了振蕩器的頻率，計算公式為 (f{OSC(kHz)}=frac{k}{C{OSC}(pF)})，其中 (k=87 ×10^{3}) 適用于 MAX7418/MAX7421/MAX7422/MAX7425，(k=110 ×10^{3}) 適用于 MAX7419/MAX7420/MAX7423/MAX7424。為避免雜散電容影響內(nèi)部振蕩器頻率，需盡量減小 CLK 處的雜散電容。

（二）輸入阻抗

MAX7418 - MAX7425 的輸入阻抗與時鐘頻率成反比，可通過公式 (Z{IN}=frac{1}{left(f{CLK} × C{IN}right)}) 估算，其中 (C{IN}=1 pF)。在設(shè)計時，建議使用輸出電阻小于濾波器輸入阻抗 10% 的驅(qū)動器。

（三）低功耗關(guān)機(jī)模式

將 SHDN 引腳驅(qū)動為低電平可啟用關(guān)機(jī)模式，此時濾波器的電源電流降至 0.2μA，輸出變?yōu)楦咦杩?。若要進(jìn)行正常操作，需將 SHDN 引腳驅(qū)動為高電平或連接到 VDD。

（四）失調(diào)和共模輸入調(diào)整

COM 引腳設(shè)置共模輸入電壓，內(nèi)部通過電阻分壓器偏置在電源中點。若無需失調(diào)調(diào)整，可將 OS 引腳連接到 COM；若需要失調(diào)調(diào)整，可通過電阻分壓器將 OS 引腳連接到外部電源。輸出電壓可通過公式 (V{OUT }=left(V{IN }-V{COM }right)+V{OS}) 計算，其中 ((V{IN }-V{COM })) 由開關(guān)電容濾波器進(jìn)行低通濾波，OS 在輸出級相加。

（五）電源供應(yīng)

MAX7418 - MAX7421 需使用 +5V 單電源，MAX7422 - MAX7425 需使用 +3V 單電源，并使用 0.1μF 電容將 VDD 旁路至地。若需要雙電源供電，可將 COM 連接到系統(tǒng)地，GND 連接到負(fù)電源。

（六）輸入信號幅度范圍

最佳輸入信號范圍可通過觀察給定轉(zhuǎn)角頻率下信號 - 噪聲加失真（SINAD）比最大時的電壓電平來確定。典型工作特性圖表展示了輸入信號峰 - 峰幅度變化時的 THD + 噪聲響應(yīng)。

（七）抗混疊和 DAC 后置濾波

在使用 MAX7418 - MAX7425 進(jìn)行抗混疊或 DAC 后置濾波時，需同步 DAC（或 ADC）和濾波器的時鐘，以避免拍頻混疊到所需通帶內(nèi)。

六、應(yīng)用領(lǐng)域

該系列濾波器適用于多種應(yīng)用場景，包括 ADC 抗混疊、DAC 后置濾波、CT2 基站語音處理等。

七、總結(jié)

MAX7418 - MAX7425 系列 5 階低通開關(guān)電容濾波器憑借其多種濾波響應(yīng)、時鐘可調(diào)轉(zhuǎn)角頻率、低功耗設(shè)計等特性，為電子工程師提供了一個靈活、高效的濾波解決方案。在實際設(shè)計中，工程師需根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇濾波器類型和時鐘模式，并注意輸入阻抗、電源供應(yīng)、失調(diào)調(diào)整等設(shè)計要點，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。你在使用這類濾波器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。