深度解析MAX7426/MAX7427：5階低通橢圓開關(guān)電容濾波器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，濾波器是信號(hào)處理中不可或缺的關(guān)鍵組件。今天，我們將深入探討MAXIM公司推出的MAX7426/MAX7427 5階低通橢圓開關(guān)電容濾波器（SCFs），了解其特點(diǎn)、工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景。

文件下載：MAX7426CUA+T.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX7426/MAX7427是5階低通橢圓開關(guān)電容濾波器，分別采用+5V（MAX7426）或+3V（MAX7427）單電源供電，僅消耗0.8mA的電源電流，支持1Hz至12kHz的轉(zhuǎn)折頻率，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，它們還具備低功耗模式，可將電源電流降至0.2μA。

二、產(chǎn)品特性

2.1 濾波器特性

• 5階橢圓低通濾波器：提供陡峭的滾降特性和良好的阻帶抑制能力，過渡比為1.25，典型阻帶抑制為37dB。
• 低噪聲和失真：總諧波失真加噪聲（THD + N）低至 -80dB，確保信號(hào)的高質(zhì)量處理。
• 時(shí)鐘可調(diào)轉(zhuǎn)折頻率：轉(zhuǎn)折頻率范圍為1Hz至12kHz，通過時(shí)鐘信號(hào)輕松調(diào)整。
• 單電源供電：MAX7426采用+5V電源，MAX7427采用+3V電源，滿足不同應(yīng)用需求。

2.2 時(shí)鐘選項(xiàng)

提供兩種時(shí)鐘選項(xiàng)：自時(shí)鐘（通過外部電容實(shí)現(xiàn)）和外部時(shí)鐘，可實(shí)現(xiàn)更精確的截止頻率控制。

2.3 低功耗設(shè)計(jì)

正常工作模式下電流僅為0.8mA，關(guān)機(jī)模式下電流低至0.2μA，有效降低功耗。

2.4 封裝形式

提供8引腳μMAX/PDIP封裝，方便安裝和使用。

2.5 低輸出失調(diào)

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

三、電氣特性

3.1 濾波器特性

• 轉(zhuǎn)折頻率范圍：MAX7426為0.001至9kHz，MAX7427為0.001至12kHz。
• 時(shí)鐘與轉(zhuǎn)折頻率比：固定為100:1，方便設(shè)計(jì)和調(diào)整。
• 輸出電壓范圍：0.25VDD - 0.25V。
• 輸出失調(diào)電壓：±4mV至±25mV。
• 直流插入增益：0至0.4dB。
• 總諧波失真加噪聲：MAX7426為 -81dB，MAX7427為 -79dB。

3.2 時(shí)鐘特性

• 內(nèi)部振蕩器頻率：當(dāng)COSC = 1000pF時(shí)，頻率范圍為13.5至21.5kHz。
• 時(shí)鐘輸出電流：內(nèi)部振蕩器模式下為±7.5至±12.5μA。
• 時(shí)鐘輸入高/低電平：MAX7426分別為4.5V和0.5V，MAX7427分別為2.5V和0.5V。

3.3 電源特性

• 電源電壓：MAX7426為4.5至5.5V，MAX7427為2.7至3.6V。
• 電源電流：正常工作模式下，MAX7426為0.8mA，MAX7427為0.75mA；關(guān)機(jī)模式下均為0.2μA。
• 電源抑制比：典型值為70dB。

四、工作原理

4.1 橢圓濾波器特性

橢圓濾波器是四種常見濾波器類型（巴特沃斯、貝塞爾、切比雪夫和橢圓）中滾降最陡峭的一種。其通帶邊緣附近的極點(diǎn)具有高Q值，結(jié)合阻帶零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了尖銳的衰減特性，非常適合抗混疊和DAC后置濾波應(yīng)用。

4.2 時(shí)鐘信號(hào)

• 外部時(shí)鐘：濾波器設(shè)計(jì)用于40%至60%占空比的外部時(shí)鐘，通過改變外部時(shí)鐘速率可調(diào)整濾波器的轉(zhuǎn)折頻率，公式為 (f{C}=frac{f{CLK}}{100})。
• 內(nèi)部時(shí)鐘：當(dāng)使用內(nèi)部振蕩器時(shí)，CLK引腳的電容（COSC）決定振蕩器頻率，公式為 (f{OSC}(kHz)=frac{17.5 × 10^{3}}{C{OSC}(pF)})。通過改變內(nèi)部振蕩器速率，同樣可按100:1的比例調(diào)整濾波器的轉(zhuǎn)折頻率。

4.3 輸入阻抗

MAX7426/MAX7427的輸入阻抗等效于一個(gè)開關(guān)電容電阻，與頻率成反比。輸入阻抗可通過公式 (Z{IN}=frac{1}{f{CLK} × C{IN}}) 估算，其中 (C{IN}=1 pF)。為確保信號(hào)傳輸質(zhì)量，建議使用輸出電阻小于濾波器輸入阻抗10%的驅(qū)動(dòng)器。

4.4 低功耗關(guān)機(jī)模式

通過將SHDN引腳驅(qū)動(dòng)為低電平，可激活關(guān)機(jī)模式。在關(guān)機(jī)模式下，濾波器電源電流降至0.2μA，輸出變?yōu)楦咦杩埂Ｕ９ぷ鲿r(shí)，將SHDN引腳驅(qū)動(dòng)為高電平或連接到VDD。

五、應(yīng)用信息

5.1 偏移和共模輸入調(diào)整

COM引腳用于設(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(diǎn)。如果不需要偏移調(diào)整，可將OS引腳連接到COM；如果需要調(diào)整偏移，可通過電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)向OS引腳施加外部偏置電壓。輸出電壓可通過公式 (V{OUT }=(V{IN }-V{COM})+V{OS }) 計(jì)算，其中 (V{COM}=frac{V{DD}}{2})（典型值）。

5.2 電源供應(yīng)

MAX7426采用+5V單電源供電，MAX7427采用+3V單電源供電。建議在VDD和GND之間連接0.1μF的旁路電容。如果需要雙電源供電，可將COM連接到系統(tǒng)地，GND連接到負(fù)電源。單電源和雙電源供電的性能相當(dāng)。

5.3 輸入信號(hào)幅度范圍

最佳輸入信號(hào)范圍可通過觀察給定轉(zhuǎn)折頻率下信號(hào)與噪聲加失真比（SINAD）最大時(shí)的電壓電平來確定。典型工作特性曲線展示了THD + 噪聲隨輸入信號(hào)峰 - 峰值幅度的變化情況。

5.4 抗混疊和DAC后置濾波

在使用MAX7426/MAX7427進(jìn)行抗混疊或DAC后置濾波時(shí)，需要同步DAC（或ADC）和濾波器的時(shí)鐘，以避免拍頻混入所需通帶。

5.5 諧波失真

濾波器內(nèi)部的非線性會(huì)導(dǎo)致諧波失真。在 (TA=+25^{circ} C) 且負(fù)載為10kΩ時(shí)，典型諧波失真值如表2所示。

六、芯片和封裝信息

6.1 芯片信息

• 晶體管數(shù)量：1457個(gè)。
• 工藝：BiCMOS。

6.2 封裝信息

提供8引腳μMAX/PDIP封裝，具體尺寸和詳細(xì)信息可參考產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)。

七、總結(jié)

MAX7426/MAX7427 5階低通橢圓開關(guān)電容濾波器以其低功耗、高性能和靈活的時(shí)鐘選項(xiàng)，成為低功耗DAC后置濾波和抗混疊應(yīng)用的理想選擇。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)和工作模式，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過類似濾波器的使用問題？你是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。