8 階低通橢圓開關電容濾波器 MAX7400/MAX7403/MAX7404/MAX7407 深度解析

在電子設計領域，濾波器是不可或缺的重要組件，尤其是在處理信號時，需要對特定頻率范圍的信號進行篩選和處理。今天我們要深入探討的是 Maxim 公司的 MAX7400/MAX7403/MAX7404/MAX7407 這一系列 8 階低通橢圓開關電容濾波器（SCFs），它們在低功耗抗混疊和 DAC 后濾波等應用中表現(xiàn)出色。

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一、產品概述

MAX7400/MAX7403/MAX7404/MAX7407 系列濾波器有不同的供電規(guī)格，其中 MAX7400/MAX7403 采用 +5V 單電源供電，而 MAX7404/MAX7407 則使用 +3V 單電源。它們的供電電流僅為 2mA，能實現(xiàn) 1Hz 至 10kHz 的轉角頻率，非常適合低功耗應用。同時，該系列濾波器具備關機模式，可將供電電流降至 0.2μA，有效節(jié)省能源。

二、產品特性

2.1 濾波特性

• 階數(shù)與類型：8 階低通橢圓濾波器，這種設計能提供陡峭的滾降特性和良好的阻帶抑制能力。
• 阻帶抑制：MAX7400/MAX7404 能提供 82dB 的阻帶抑制，過渡比為 1.5；MAX7403/MAX7407 過渡比為 1.2，滾降更陡峭，阻帶抑制為 60dB。
• 轉角頻率：時鐘與轉角頻率比為 100:1，轉角頻率范圍為 1Hz 至 10kHz，可通過設置時鐘頻率輕松選擇轉角頻率。

2.2 電氣特性

• 低噪聲和失真：以 MAX7400 為例，總諧波失真加噪聲（THD + N）低至 -82dB。
• 低功耗：工作模式下電流為 2mA，關機模式下僅 0.2μA。
• 輸出偏移：輸出偏移電壓低至 ±5mV。

2.3 時鐘選項

• 自時鐘：通過外部電容實現(xiàn)自時鐘功能。
• 外部時鐘：可使用外部時鐘進行更精確的截止頻率控制。

2.4 封裝形式

提供 8 引腳的 SO 和 DIP 封裝，方便不同的應用需求。

三、引腳配置與功能

四、工作原理

4.1 濾波結構

大多數(shù)開關電容濾波器采用雙二階節(jié)設計，但這種設計對組件變化較為敏感。而 MAX7400 系列采用了一種替代方法，通過開關電容積分器進行求和與縮放來模擬無源網絡。這種無源網絡可以使用 CAD 程序合成，也能在許多濾波器書籍中找到。

4.2 橢圓特性

橢圓濾波器在四種常見濾波器類型（巴特沃斯、貝塞爾、切比雪夫和橢圓）中具有最陡峭的滾降特性。其高 Q 值的極點和阻帶零點使得濾波器在通帶邊緣附近具有尖銳的衰減特性，非常適合抗混疊和 DAC 后濾波應用。

4.3 時鐘信號

• 外部時鐘：濾波器設計使用占空比為 40% 至 60% 的外部時鐘，通過改變外部時鐘速率可調整濾波器的轉角頻率，公式為 (f{C}=f{CLK} / 100)。
• 內部時鐘：當使用內部振蕩器時，CLK 引腳的電容（COSC）決定振蕩器頻率，公式為 (f{OSC}(kHz)=frac{K cdot 10^{3}}{C{OSC}})（MAX7400/MAX7403 的 (K = 38)，MAX7404/MAX7407 的 (K = 34)）。

五、應用信息

5.1 偏移和共模輸入調整

COM 引腳的電壓設置共模輸入電壓，內部通過電阻分壓器偏置在電源中點?？赏ㄟ^外部偏置電壓調整輸出偏移，輸出電壓公式為 (V{OUT }=left(V{IN }-V{COM }right)+V{OS })。

5.2 電源供應

MAX7400/MAX7403 使用 +5V 單電源，MAX7404/MAX7407 使用 +3V 單電源。需用 0.1μF 電容將 VDD 旁路到地。若需要雙電源，可將 COM 連接到系統(tǒng)地，GND 連接到負電源。

5.3 輸入信號幅度范圍

理想的輸入信號范圍可通過觀察總諧波失真加噪聲（THD + N）最小化時的電壓水平來確定。典型工作特性圖表展示了輸入信號峰 - 峰幅度變化時的 THD + N 響應。

5.4 抗混疊和 DAC 后濾波

在進行抗混疊或 DAC 后濾波時，需同步 DAC 和濾波器時鐘，以避免拍頻混入通帶。高時鐘與轉角頻率比（100:1）降低了前后濾波的要求，可使用簡單的 RC 低通濾波器實現(xiàn)輸入抗混疊和輸出時鐘衰減。

5.5 諧波失真

濾波器內部的非線性會產生諧波失真。在 (TA = +25^{circ}C) 時，不同型號濾波器在特定負載和輸入信號下的典型諧波失真值可參考相關表格。

六、訂購信息

該系列濾波器提供不同的溫度范圍和封裝選項，包括 0°C 至 +70°C 和 -40°C 至 +85°C 的溫度范圍，以及 8 引腳的 SO 和 DIP 封裝，方便工程師根據(jù)具體需求進行選擇。

七、總結

MAX7400/MAX7403/MAX7404/MAX7407 系列 8 階低通橢圓開關電容濾波器憑借其低功耗、良好的濾波特性和靈活的時鐘選項，在抗混疊和 DAC 后濾波等應用中具有顯著優(yōu)勢。工程師在設計時，可根據(jù)具體的應用場景和性能要求，合理選擇合適的型號和配置，以實現(xiàn)最佳的濾波效果。你在實際應用中是否使用過類似的濾波器？遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗。