用LTC1563取代分立式低通滤波器零设计工作量、两个项目物料清单和意外

Doug La Porte

LTC®1563 系列连续时间、单片式滤波器产品将低通滤波器设计简化为一个简单的电阻器值计算：

R = 10k • （256kHz/fC)

其中
R = 电阻值，单位为欧姆
fC= 滤波器的截止频率，单位为赫兹
（256Hz ≤ fC≤ 256kHz）

就是这么简单。借助任何基本计算器（或计算尺），过滤器只需几秒钟即可完成。

利用 LTC1563，不仅设计过程轻松，而且最终结果是一个易于构建的电路，该电路完全指定用作滤波器 — 而不仅仅是运放、电阻器或电容器。此外，布局灵敏度降至最低，您只需指定一个无源元件 — 电阻器。

低通滤波器——传统方法

滤波器设计通常被视为一个神秘的、令人生畏的数学过程。通常通过使用带有系列零件设计表的滤波书，然后进行频率和阻抗缩放来避免复杂的微分方程和椭圆积分。昂贵的CAD程序可以帮助完成大部分工作，但这些工具并不总是可用的。最终设计需要运算放大器以及多个电阻和电容值。

设计过滤器后，仍有几个组件、性能和布局问题需要解决。哪种电容器类型最好？电路将具有多大的动态范围？布局寄生效应的影响是什么？必须回答所有这些问题才能创建完成且坚固的设计。

低通滤波器 — LTC1563 方法

利用 LTC1563 设计低通滤波器轻而易举。LTC1563 系列目前有两个器件 — LTC1563-2 和 LTC1563-3。LTC1563-2 被配置为提供一个单位增益、四阶巴特沃兹低通滤波器，其中截止频率 （fC） 由单个电阻值设置（需要六个电阻来形成滤波器，但它们的值都相同）。类似地，LTC1563-3 提供了一个单位增益、四阶贝塞尔低通滤波器，其中的截止频率也由单个电阻器值设定。电阻值由上述简单公式计算。

图 1 示出了采用 LTC1563-X 的典型单电源应用的原理图。LTC1563-2 （巴特沃思） 和 LTC1563-3 （贝塞尔） 的频率响应，截止频率为 100kHz 如图 2 所示。阶跃响应如图3所示。通常选择巴特沃兹响应是因为其平坦的通带增益（从直流到接近截止频率）和相当尖锐的拐角。贝塞尔酒店 牺牲角落清晰度，获得完美的步进响应，而不会产生过冲和振铃。

图1.典型的LTC1563-X单电源应用。

图2.100kHz贝塞尔和巴特沃兹滤波器的频率响应。

图3.100kHz贝塞尔和巴特沃兹滤波器的阶跃响应。

设计简单，不牺牲性能

LTC1563-X 的设计过程简单并不意味着滤波器的性能会受到影响。这些部件都是经过充分表征的滤波器产品，保证了滤波器的噪声、失真和动态 范围性能都是众所周知的。根据信号电平和带宽，LTC1563-X 提供了一个约 90dB 的动态范围，从而使这些器件适合于 16 位数据采集系统。此外，LTC1563-X 还支持采用 2.7V 至 ±5V 电源电压的轨至轨输入和输出操作。LTC1563-X 还具有一个 1.5mV 的典型输出 DC 失调和一个 10μV/°C 的输出 DC 失调漂移。 低频应用（fC≤ 25.6kHz）可以利用该器件的低功耗模式，在该模式下，电源电流降至约1mA。

LTC1563-X 采用窄体 16 引脚 SSOP 封装 （SO-8 占位面积）。该器件的引脚排列使布局变得简单，因此基本上消除了走线寄生效应。这些特性与 LTC1563-X 的 2% 频率准确度相结合，造就了一个紧凑、一致和稳健的滤波器。最后，您可以获得所需的滤波器，具有已知的动态范围和最小的生产变化 - 这并不奇怪。

还包括带增益的切比雪夫滤波器

尽管 LTC1563-X 的配置导致了上述易于设计的滤波器，但这些器件的拓扑结构只需使用不等值的电阻器即可实现完全的传递函数自由度。

LTC1563-X 由两个级联的二阶滤波器组成，以构成一个四阶滤波器 （这些部分相似但不完全相同）。二阶截面在数学上由三个参数定义：增益、f或频率和 Q 值。LTC1563-X 的每个部分都需要三个电阻器来构成二阶部分。每个增益，f或Q 三元组对应于独特的 3 电阻解决方案。凭借这种设计灵活性，几乎 任何全极点滤波器都是可以获得的。LTC1563-X 还可级联以形成 8 阶滤波器。此外，通过一个额外的电阻和一个电容，可以构建奇次滤波器（例如，一个带有一个部件的五阶滤波器）。

图4所示为截止频率为0kHz、通带增益为1dB的150.10dB纹波Chbyshev滤波器的原理图。这只是 LTC1563-X 可实现的多种滤波器设计的一个示例。这些其他传递函数（不是单位增益、四阶巴特沃斯或贝塞尔）的设计有点复杂。获得良好、可靠的设计的最佳方法是使用 凌力尔特的 FilterCAD 过滤器设计软件（3.0 或更高版本）.

图4.0.1dB、150kHz、切比雪夫低通滤波器，直流增益为10dB。

结论

LTC®1563 系列滤波器产品以极少的设计工作量提供了无忧的结果。凭借其易用性、一致的结果和设计灵活性，LTC1563 可能是满足所有 过滤器应用程序。

审核编辑：郭婷