探索LTC1065：高性能時鐘可調(diào)線性相位濾波器

在電子工程師的日常工作中，濾波器的選擇無疑是至關重要的一環(huán)。最近我在研究一款頗具特色的濾波器——LTC1065，今天就和大家好好分享一下。

文件下載：LTC1065.pdf

LTC1065的卓越特性

精確的DC性能

LTC1065是首款集時鐘可調(diào)性、低直流輸出失調(diào)和超過12位直流精度于一身的單片濾波器。其輸出直流失調(diào)典型值僅為1mV，并且在很寬的時鐘頻率范圍內(nèi)保持恒定。這一特性在對直流精度要求極高的應用中，如數(shù)字電壓表等，顯得尤為重要。大家在設計這類高精度測量設備時，是否也會特別關注濾波器的直流失調(diào)問題呢？

出色的共模抑制比

在±5V電源和±4V輸入電壓范圍內(nèi)，該器件的共模抑制比（CMR）典型值可達80dB。這意味著它能夠有效抑制共模信號的干擾，提高信號處理的準確性。在實際應用中，高CMR的濾波器可以顯著提升系統(tǒng)的抗干擾能力，大家有沒有遇到過因共模干擾而導致系統(tǒng)性能下降的情況呢？

低噪聲與低失真

LTC1065的寬帶噪聲典型值為80μV RMS，并且能夠以低失真處理大交流輸入信號。例如，在±7.5V電源下，當處理高達4V RMS的輸入信號時，其標準1kHz總諧波失真（THD）低于0.005%，信噪比（S/N）可達94dB，動態(tài)范圍（S/N + THD）可達87dB。在音頻處理等對音質(zhì)要求較高的領域，低噪聲和低失真的濾波器能夠保證信號的純凈度，大家在音頻設計中對濾波器的噪聲和失真指標有怎樣的要求呢？

靈活的時鐘控制

濾波器的截止頻率可以由內(nèi)部或外部時鐘控制，時鐘與截止頻率之比為100:1。內(nèi)部時鐘幾乎與電源無關，可通過外部RC進行編程。這種靈活的時鐘控制方式使得LTC1065能夠適應不同的應用場景，大家在設計中更傾向于使用內(nèi)部時鐘還是外部時鐘呢？

引腳功能解析

電源引腳

正、負電源引腳應使用高質(zhì)量的0.1μF陶瓷電容進行旁路。在時鐘引腳外部掃描以提供多個截止頻率的應用中，并聯(lián)一個1μF的固態(tài)鉭電容可以最小化輸出直流失調(diào)的變化。當電源電壓超過±7V，且負電源先于正電源施加時，應在正電源引腳和地之間連接一個信號二極管，以防止閂鎖現(xiàn)象。

接地引腳

接地引腳合并了內(nèi)部模擬和數(shù)字接地路徑，是內(nèi)部開關電容電阻和外部時鐘的參考電位。對于雙電源操作，應將接地引腳連接到高質(zhì)量的交流和直流接地，最好使用接地平面；對于單電源操作，接地引腳應偏置在電源電壓的一半。不良的接地會導致直流失調(diào)惡化，增加時鐘饋通、噪聲和失真。

Vos調(diào)整引腳

Vos調(diào)整引腳可用于微調(diào)輸出直流失調(diào)電壓或引入所需的輸出直流電平。該引腳到濾波器輸出引腳的直流增益為2，任何施加到該引腳的直流電壓都會在濾波器輸出引腳以兩倍的幅度體現(xiàn)。如果不使用該引腳，應將其短路到接地引腳，并且該引腳應始終連接到交流地，以避免交流信號影響濾波器響應。

輸入引腳

輸入引腳是濾波器的輸入端，連接到內(nèi)部開關電容電阻。如果輸入引腳懸空，濾波器輸出將飽和。該引腳的直流輸入阻抗非常高，在±5V電源和1MHz時鐘下，典型值為1GΩ。串聯(lián)在輸入引腳的電阻RIN不應超過最大值，否則會影響濾波器的通帶。

輸出引腳

輸出引腳是濾波器的輸出端，通常能夠提供超過20mA的源電流和2mA的灌電流。該引腳不應驅(qū)動長同軸電纜，否則會導致濾波器的總諧波失真惡化。為了保持典型性能特性中所示的失真水平，濾波器輸出能夠驅(qū)動的最大負載為20k。

時鐘輸入引腳

外部時鐘施加到該引腳可以調(diào)整濾波器的截止頻率，時鐘與截止頻率之比為100:1。強烈推薦使用占空比在30%至50%之間的方波時鐘，不建議使用正弦波時鐘。

時鐘輸出引腳

任何施加到時鐘輸入引腳的外部時鐘都會出現(xiàn)在時鐘輸出引腳，其占空比與輸入時鐘相同。在自時鐘模式下，內(nèi)部振蕩器的時鐘以30%的占空比出現(xiàn)在該引腳。該引腳可用于驅(qū)動其他LTC1065或其他IC，其能夠驅(qū)動的最大負載電容與時鐘頻率和電源電壓有關。

應用信息

自時鐘操作

LTC1065具有內(nèi)部振蕩器，可通過外部RC進行調(diào)諧，主要用于產(chǎn)生低于500kHz的時鐘頻率。內(nèi)部振蕩器的頻率可以通過公式 (f_{CLK}=K / RC) 計算，其中K的值與時鐘頻率和電源電壓有關。在選擇外部RC值時，可以參考典型性能特性中的曲線。對于有限的溫度范圍，內(nèi)部振蕩器也可用于產(chǎn)生高于500kHz的時鐘頻率，但需要注意時鐘頻率的變化和器件之間的差異。

輸出失調(diào)

LTC1065的直流輸出失調(diào)在±5V電源下經(jīng)過微調(diào)，典型值小于±1mV。為了獲得最佳的直流失調(diào)性能，應采用適當?shù)?a target="_blank">PCB布局技術，并將濾波器IC焊接到PCB板上。輸出直流失調(diào)對時鐘輸出引腳與負電源引腳之間的耦合較為敏感，因此負電源引腳應進行良好的去耦。在使用表面貼裝封裝時，所有未連接的引腳應接地。在測量輸出直流電壓時，應使用緩沖器，并避免使用長測試線。

共模抑制

共模抑制定義為輸出直流失調(diào)相對于輸入電壓直流變化的變化率。通過調(diào)整輸出失調(diào)到接近0V，可以提高共模抑制比。不同電源和溫度下的共模抑制數(shù)據(jù)表明，在一定的時鐘頻率范圍內(nèi)，LTC1065具有較好的共模抑制性能。

時鐘饋通

時鐘饋通是指時鐘頻率及其諧波在濾波器輸出引腳的均方根值。它取決于PCB布局的質(zhì)量和電源去耦，與時鐘上升和下降過程中的寄生開關瞬變無關。在±5V電源下，LTC1065的時鐘饋通為50μV RMS；在±7.5V電源下，接近75μV RMS。

寬帶噪聲

寬帶噪聲數(shù)據(jù)用于確定在給定失真水平下的工作信噪比，其值幾乎與時鐘頻率無關，且不包括時鐘饋通。LTC1065的典型寬帶噪聲為80μV RMS，通過示波器可以觀察到其峰峰值約為420μV P-P。

混疊

混疊是采樣數(shù)據(jù)濾波器固有的現(xiàn)象，當輸入信號的頻率接近采樣頻率時會發(fā)生。對于LTC1065，輸入信號頻率在 (f_{CLK} ± 6%) 范圍內(nèi)時，會在濾波器的通帶和阻帶內(nèi)產(chǎn)生混疊信號?？梢酝ㄟ^在輸入端添加RC網(wǎng)絡來衰減接近時鐘頻率的輸入信號，以維持貝塞爾通帶響應。

典型應用電路

兩級級聯(lián)以實現(xiàn)更陡峭的滾降

將兩個LTC1065級聯(lián)使用，可以實現(xiàn)更陡峭的滾降特性，適用于對濾波器截止特性要求較高的應用。在級聯(lián)電路中，寬帶噪聲為110μV RMS，在 (f = 2f_{C}) 處的衰減為60dB。

多通道應用中的時鐘共享

在多通道應用中，可以使用一個時鐘源為多個LTC1065提供時鐘信號，實現(xiàn)時鐘共享。這樣可以簡化電路設計，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和一致性。

單5V電源操作

LTC1065可以在單5V電源下工作，通過適當?shù)碾娐吩O計可以實現(xiàn)所需的截止頻率。例如，在 (f_{C}=3.4 kHz) 的單5V電源電路中，通過合理選擇電阻和電容的值，可以滿足特定的應用需求。

±7.5V電源操作時的Vos調(diào)整

在±7.5V電源操作時，可以通過調(diào)整Vos來優(yōu)化濾波器的性能。通過使用外部電路，可以將輸出失調(diào)電壓調(diào)整到所需的值，提高系統(tǒng)的準確性。

總的來說，LTC1065憑借其出色的性能和靈活的應用方式，在音頻、應變計放大器、抗混疊濾波器等眾多領域都有著廣闊的應用前景。大家在實際應用中是否也遇到過類似性能優(yōu)越的濾波器呢？歡迎在評論區(qū)分享你們的經(jīng)驗和見解。