深入剖析MAX263/264/267/268：引腳可編程通用和帶通濾波器

在電子設(shè)計領(lǐng)域，濾波器是不可或缺的關(guān)鍵組件，對于信號處理和優(yōu)化起著至關(guān)重要的作用。本文將詳細介紹Maxim Integrated公司推出的MAX263/264/267/268引腳可編程通用和帶通濾波器，希望能為工程師們在實際設(shè)計中提供有力幫助。

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一、概述

MAX263/264和MAX267/268均為CMOS開關(guān)電容有源濾波器，專為精密濾波應(yīng)用而設(shè)計。它們能夠通過引腳輸入來選擇中心頻率、Q值和工作模式。

（一）功能特點

• 多種濾波類型：MAX263/264可實現(xiàn)多種類型的濾波器，包括帶通、低通、高通、陷波和全通濾波器，且無需外部組件；而MAX267/268則專注于帶通應(yīng)用，并內(nèi)置一個未使用的運算放大器。兩款器件都包含兩個二階濾波器部分。
• 精確控制：通過輸入時鐘和5位編程輸入，可以精確設(shè)置濾波器的中心/轉(zhuǎn)折頻率。Q值的編程范圍為0.5至64。而且每個濾波器部分都有獨立的時鐘輸入，可使用外部時鐘或晶體。
• 寬頻率范圍：MAX263和267的中心頻率最高可達57kHz，而MAX264和268通過采用較低的fCLK/f0比率，可將頻率范圍擴展至140kHz。
• 多種封裝形式：MAX263/264提供28引腳寬DIP和小外形封裝；MAX267/268則提供24引腳窄DIP和寬SO封裝。所有器件都有商用、擴展和軍用溫度范圍可供選擇。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

這些濾波器廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，如聲納和航空電子儀器、抗混疊濾波器、數(shù)字信號處理、振動和音頻分析以及匹配跟蹤濾波器等。

二、電氣特性

（一）絕對最大額定值

（二）電氣參數(shù)

在V? = +5V，V? = -5V，CLKA = CLKB = ±5V，1.5MHz，fCLK/f0 = 197.92（MAX263/67）和138.23（MAX264/68），濾波模式1，“1” = V? 和 “0” = V? 于F和Q輸入，TA = +25°C（除非另有說明）的條件下，濾波器的各項電氣參數(shù)表現(xiàn)出色。例如，中心頻率范圍和最大時鐘頻率因器件型號和工作模式而異，Q值精度在不同取值范圍和器件型號下也有所不同，同時還給出了直流低通增益精度、增益溫度系數(shù)、輸出失調(diào)電壓等參數(shù)。

三、引腳描述

四、工作模式與編程

（一）濾波器工作模式（僅MAX263/264）

MAX263/264的濾波器部分可以配置為四種基本模式，由輸入M0和M1選擇。而MAX267/268僅工作在模式1。不同模式適用于不同類型的濾波器設(shè)計，具體如下：

• 模式1：適用于實現(xiàn)全極點低通和帶通濾波器，也可用于二階陷波濾波器。該模式支持最高的時鐘頻率，低通和陷波輸出的增益為1，中心頻率處的帶通增益為Q。
• 模式2：用于全極點低通和帶通濾波器，與模式1相比，具有更高的可用Q值和更低的輸出噪聲，且fCLK/f0比率比模式1小√2。
• 模式3：是唯一能產(chǎn)生高通濾波器的模式，最大時鐘頻率略低于模式1。
• 模式3A：使用一個單獨的運算放大器對模式3的高通和低通輸出進行求和，從而創(chuàng)建一個單獨的陷波輸出，可獨立設(shè)置陷波頻率，適用于設(shè)計極點 - 零點濾波器，如橢圓濾波器。
• 模式4：是唯一能提供全通輸出的模式，適用于實現(xiàn)群延遲均衡，也可用于全極點低通和帶通濾波器。

（二）f0和Q編程

濾波器的實際中心頻率是濾波器時鐘速率、5位f0控制字和工作模式的函數(shù)。在某些濾波器設(shè)計中，可能需要為每個二階部分提供單獨的時鐘。當(dāng)實現(xiàn)兩個或多個匹配濾波器時，可以使用一個時鐘來克服編程限制。此外，還可以使用MAX260/261/262微處理器編程濾波器或MAX265/266電阻編程濾波器來實現(xiàn)每個濾波器部分的獨立編程。

五、典型應(yīng)用設(shè)計

（一）多反饋帶通濾波器

對于全極點帶通濾波器（如巴特沃斯、切比雪夫濾波器）的設(shè)計，多反饋帶通濾波器是一種不錯的選擇。它只需要一個時鐘和所有二階部分的共同編程，通過外部電阻將級聯(lián)濾波器部分的輸出連接到輸入端的求和運算放大器。在多反饋濾波器中，帶通響應(yīng)是時鐘、fCLK/f0比率、Q值和反饋電阻比率的函數(shù)。

（二）級聯(lián)濾波器

在一些設(shè)計中，如非常窄帶的濾波器，可以將幾個具有相同中心頻率的二階部分進行級聯(lián)而不使用多反饋。級聯(lián)濾波器的總Q值可以通過特定公式計算，同時需要根據(jù)不同情況確定各級的增益。

（三）設(shè)計示例

1. 4階多反饋帶通 - MAX268

使用引腳編程的MAX268實現(xiàn)4階50kHz切比雪夫帶通濾波器，通過Maxim的設(shè)計程序“BP”生成編程代碼和反饋電阻值。在2.5MHz晶體時鐘下，可實現(xiàn)接近預(yù)期的中心頻率和帶寬。

2. 4階帶通（無多反饋） - MAX268

不使用多反饋時，采用MAX268實現(xiàn)相同規(guī)格的濾波器，無需外部組件，但需要為CLKA和CLKB提供單獨的時鐘。這種設(shè)計在實現(xiàn)更高中心頻率方面具有優(yōu)勢。

3. 雙4階跟蹤低通 - MAX263

通過“拆分”兩個MAX263，僅使用一個時鐘設(shè)置兩個巴特沃斯低通濾波器，使其能夠精確跟蹤彼此。在編程時，需要考慮低Q值可能帶來的采樣誤差，并通過設(shè)計程序進行校正。

六、應(yīng)用提示

（一）電源供應(yīng)

MAX263/264/267/268可以使用多種電源配置，包括+5V至+12V單電源或±2.5V至±6V雙電源。單電源使用時，需要注意連接和偏置問題。為確保最佳性能，V?和V?應(yīng)使用4.7μF電解電容（鉭電容優(yōu)先）和0.1μF陶瓷電容進行旁路。

（二）輸出擺幅和削波

MAX26X系列輸出設(shè)計為在10k負載下能夠擺幅至每個電源軌的0.15V以內(nèi)。為避免輸出削波，需要仔細考慮峰值幅度響應(yīng)、各個部分的增益、輸入信號電平以及濾波器失調(diào)電壓。

（三）時鐘饋通和噪聲

典型的寬帶噪聲在DC至100kHz范圍內(nèi)為0.5mVpp，且?guī)缀跖c時鐘頻率無關(guān)。在多級濾波器中，應(yīng)將Q值最高的部分放在前面以降低輸出噪聲。時鐘相關(guān)的饋通可以通過添加單極點RC濾波器進行衰減。

（四）輸入阻抗

濾波器的輸入阻抗可以通過公式RIN = 2 / (CA × fCLK)描述，同時存在約5pF的固定雜散電容到地。

（五）數(shù)字輸入

濾波器編程通過將輸入引腳M0、M1、F0 - F4和Q0 - Q6連接到高或低電壓電平（通常為V?和V?）來實現(xiàn)。輸入沒有內(nèi)部上拉或下拉，因此不能懸空。在驅(qū)動數(shù)字輸入時，可在編程引腳上串聯(lián)一個1k電阻進行額外保護。

（六）低采樣率下的f0和Q

當(dāng)選擇低fCLK/f0比率和低Q設(shè)置時，可能會出現(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)計軟件來校正選擇的f0和Q，以確保實際實現(xiàn)的參數(shù)符合目標(biāo)要求。

七、總結(jié)

MAX263/264/267/268引腳可編程通用和帶通濾波器具有豐富的功能和靈活的配置選項，能夠滿足多種精密濾波應(yīng)用的需求。在實際設(shè)計中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和性能要求，合理選擇濾波器型號、工作模式和編程參數(shù)，同時注意電源、輸出、噪聲等方面的問題，以實現(xiàn)最佳的濾波效果。大家在使用這些濾波器時是否遇到過一些獨特的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。