MAX7480：8階低通巴特沃斯開(kāi)關(guān)電容濾波器的特性與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，濾波器是不可或缺的重要組件，對(duì)于信號(hào)處理和噪聲抑制起著關(guān)鍵作用。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下MAX7480這款8階低通巴特沃斯開(kāi)關(guān)電容濾波器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX7480是一款采用單+5V電源供電的8階低通巴特沃斯開(kāi)關(guān)電容濾波器。它的供電電流僅為2.9mA，支持1Hz至2kHz的截止頻率，非常適合用于低功耗的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）后置濾波和抗混疊應(yīng)用。此外，該濾波器還具備關(guān)機(jī)模式，可將供電電流降低至0.2μA。

二、產(chǎn)品特性

2.1 濾波特性

• 8階低通巴特沃斯濾波器：提供最大平坦的通帶響應(yīng)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)任務(wù)，只需選擇合適的時(shí)鐘頻率即可。
• 低噪聲和失真：總諧波失真加噪聲（THD + N）低至 -73dB，能夠有效保證信號(hào)的質(zhì)量。
• 時(shí)鐘可調(diào)截止頻率：截止頻率范圍為1Hz至2kHz，通過(guò)時(shí)鐘頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，時(shí)鐘與截止頻率的比率為100:1。

2.2 電源與功耗特性

• 單電源供電：采用 +5V單電源供電，使用方便。
• 低功耗：工作模式下電流為2.9mA，關(guān)機(jī)模式下電流僅為0.2μA，非常適合低功耗應(yīng)用。

2.3 封裝與輸出特性

• 封裝形式：提供8引腳SO/DIP封裝，便于安裝和使用。
• 低輸出失調(diào)：輸出失調(diào)電壓為 ±5mV，保證了輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性。

三、技術(shù)參數(shù)

3.1 絕對(duì)最大額定值

• 電源電壓：VDD至GND范圍為 -0.3V至 +6V。
• 輸入輸出引腳電壓：IN、OUT、COM、OS、CLK引腳電壓范圍為 -0.3V至 (VDD + 0.3V)。
• 關(guān)機(jī)引腳電壓：SHDN引腳電壓范圍為 -0.3V至 +6V。
• 連續(xù)功率耗散：不同封裝形式在不同溫度下有不同的功率耗散限制。
• 工作溫度范圍：-40°C至 +85°C。
• 存儲(chǔ)溫度范圍：-65°C至 +150°C。
• 引腳焊接溫度：+300°C（10秒）。

3.2 電氣特性

• 濾波特性：截止頻率范圍為0.001至2kHz，時(shí)鐘與截止頻率比率為100:1，時(shí)鐘與截止頻率的溫度系數(shù)為10ppm/°C等。
• 電源要求：電源電壓范圍為4.5V至5.5V，工作模式下供電電流為2.9mA，關(guān)機(jī)電流為0.2μA，電源抑制比為60dB。
• 關(guān)機(jī)特性：SHDN輸入高電平為VDD - 0.5V，輸入低電平為0.5V，輸入泄漏電流為 ±0.1至 ±10μA。

四、時(shí)鐘信號(hào)

4.1 外部時(shí)鐘

MAX7480適用于占空比為40%至60%的外部時(shí)鐘。使用外部時(shí)鐘時(shí)，用CMOS門(mén)從0至VDD為CLK引腳供電，通過(guò)改變外部時(shí)鐘速率可調(diào)整濾波器的截止頻率，公式為 (f{C}=f{CLK} / 100)。

4.2 內(nèi)部時(shí)鐘

使用內(nèi)部振蕩器時(shí)，在CLK和地之間連接一個(gè)電容（COSC），振蕩器頻率由電容值決定，公式為 (f{OSC}(kHz)=frac{53 cdot 10^{3}}{C{OSC}})（(C_{OSC}) 單位為pF）。同時(shí)，要盡量減小CLK引腳的雜散電容，以免影響內(nèi)部振蕩器頻率。

五、輸入阻抗

MAX7480的輸入阻抗等效于一個(gè)開(kāi)關(guān)電容電阻，與頻率成反比。輸入電流不連續(xù)，以下公式可估算濾波器的輸入阻抗：(Z{IN}=frac{1}{left(f{CLK} cdot C{IN}right)})，其中 (f{CLK}) 為時(shí)鐘頻率，(C_{IN}=2.31 pF)。一般建議使用輸出阻抗小于濾波器輸入阻抗10%的驅(qū)動(dòng)器。

六、低功耗關(guān)機(jī)模式

通過(guò)將SHDN引腳置低可激活關(guān)機(jī)模式，此時(shí)濾波器的供電電流降至0.2μA（典型值），輸出變?yōu)楦咦杩?。正常工作時(shí)，將SHDN引腳置高或連接到VDD。

七、應(yīng)用信息

7.1 失調(diào)和共模輸入調(diào)整

COM引腳的電壓設(shè)置共模輸入電壓，內(nèi)部通過(guò)電阻分壓器偏置在電源中點(diǎn)。用0.1μF電容將COM引腳旁路到地，并將OS引腳連接到COM。若需要進(jìn)行失調(diào)調(diào)整或直流電平偏移，可通過(guò)電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)向OS引腳施加外部偏置電壓。輸出電壓公式為 (V{OUT }=left(V{IN }-V{COM }right)+VOS)，其中 (V{COM}=V_{DD} / 2)（典型值）。

7.2 電源供應(yīng)

MAX7480采用單 +5V電源供電，用0.1μF電容將VDD旁路到地。若需要雙電源（±2.5V），將COM連接到系統(tǒng)地，GND連接到負(fù)電源。單電源和雙電源性能相當(dāng)，CLK和SHDN引腳的驅(qū)動(dòng)范圍為GND（雙電源時(shí)為V -）至VDD。

7.3 輸入信號(hào)幅度范圍

最佳輸入信號(hào)范圍可通過(guò)觀察給定截止頻率下總諧波失真加噪聲（THD + N）最小的電壓電平來(lái)確定。典型工作特性圖展示了輸入信號(hào)峰 - 峰值幅度變化時(shí)器件的THD + N響應(yīng)。

7.4 抗混疊和DAC后置濾波

使用MAX7480進(jìn)行抗混疊或DAC后置濾波時(shí)，要使DAC和濾波器時(shí)鐘同步，否則拍頻可能會(huì)混疊到通帶中。高時(shí)鐘與截止頻率比率（100:1）降低了SCF前后濾波的要求，輸入處的低通濾波器可防止時(shí)鐘頻率附近的頻率混疊到通帶，輸出處的低通濾波器可衰減時(shí)鐘饋通。

7.5 諧波失真

濾波器內(nèi)部的非線性會(huì)產(chǎn)生諧波失真，當(dāng)純正弦波輸入濾波器時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波。表1列出了 (T_{A}=+25^{circ} C) 、10k負(fù)載下MAX7480的典型諧波失真值。

八、總結(jié)

MAX7480作為一款性能出色的8階低通巴特沃斯開(kāi)關(guān)電容濾波器，具有低功耗、低噪聲、可調(diào)截止頻率等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師可以根據(jù)具體需求合理選擇時(shí)鐘信號(hào)、調(diào)整輸入輸出參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的濾波效果。大家在使用過(guò)程中是否遇到過(guò)類(lèi)似濾波器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。