探索LTC1563-2/LTC1563-3：简易高效的有源RC低通滤波器

在电子工程师的日常设计中，滤波器的选择和应用至关重要。今天，我们将深入探讨LINEAR TECHNOLOGY的LTC1563-2/LTC1563-3有源RC低通滤波器系列，了解其特性、应用以及设计中的注意事项。

文件下载：LTC1563.pdf

一、产品特性亮点

1. 易用性与灵活性

LTC1563-2/LTC1563-3的一大显著特点是极其易于使用，仅需一个电阻值就能设置截止频率（256Hz < (f_{C}) < 256kHz）。其独特的架构允许通过不同的电阻值实现任意传递函数，无论是否有增益。使用FilterCAD™ 软件，截止频率甚至可支持到360kHz。

2. 特定响应模式

LTC1563-2采用单个电阻值可实现单位增益的巴特沃斯响应，而LTC1563-3则能实现单位增益的贝塞尔响应。当然，通过改变电阻值，还能实现其他响应模式。

3. 电压与电源特性

具备轨到轨的输入和输出电压，可在单3V（最小2.7V）至 ±5V 的电源下工作。低噪声性能出色，例如在 (f{C}=25.6kHz) 时，噪声为 (36 mu V{RMS})；在 (f{C}=256kHz) 时，噪声为 (60 mu V{RMS})。

4. 高精度与低偏移

截止频率精度 < ±2%（典型值），直流偏移 < 1mV。此外，该系列滤波器还可级联形成8阶低通滤波器，并且采用窄SSOP - 16封装，节省空间。

二、应用领域广泛

1. 替代离散RC有源滤波器

在许多需要滤波器的电路中，LTC1563-2/LTC1563-3可作为离散RC有源滤波器的理想替代品，简化电路设计。

2. 抗混叠与平滑滤波

常用于抗混叠滤波器，防止信号混叠；也可作为平滑或重建滤波器，改善信号质量。

3. 数据通信与锁相环

在数据通信中实现线性相位滤波，以及在锁相环中发挥重要作用。

三、技术细节剖析

1. 电阻计算

该系列滤波器的专有架构使得电阻计算非常简单，公式为 (R = 10k(256kHz / f{C}))，其中 (f{C}) 为所需的截止频率。对于大多数应用，这个公式足以完成滤波器的设计。

2. 工作模式

具有低功耗模式和近零功耗的关断模式。在低功耗模式下，适用于低频应用，电源电流可降低一个数量级。

3. 电气特性

涵盖了多种参数的详细规格，如总电源电压、输出电压摆幅、直流偏移电压、电源电流等。这些参数在不同的工作模式（高速HS和低功耗LP）和不同的电源电压下有所不同，工程师在设计时需要根据具体需求进行选择。

四、设计注意事项

1. 截止频率限制

最大截止频率受运算放大器速度限制，在高速模式下为256kHz，低功耗模式下为25.6kHz，且在最大截止频率时增益限制为单位增益。最小截止频率则受大阻值精密电阻的实际获取限制，当 (f_{C}) 为256Hz时，电阻值为10M，获取可靠的10M电阻存在一定难度，且此时增益也限制为单位增益。

2. 输出负载影响

输出负载分为电阻性和电容性影响。电阻性负载过大会降低输出信号摆幅并增加失真，输出负载电阻应大于10k。电容性负载会降低运算放大器的稳定性，电容负载应保持在30pF以下，避免使用长走线和长同轴电缆，探测时应使用10x探头。

3. 布局注意事项

作为有源RC滤波器，滤波器的响应由片上电容和外部电阻决定。任何与片上电容并联或连接到交流地的外部杂散电容都可能改变传递函数。因此，布局时应将各部分的外部电阻尽可能靠近求和引脚，保持与反相输入引脚的印刷电路连接尽可能短。

五、典型应用案例

1. 4阶切比雪夫低通滤波器

如 ±5V 供电、2.3mA 电源电流、20kHz、4阶、0.5dB 纹波切比雪夫低通滤波器，通过合理选择电阻值，实现了特定的频率响应。

2. 8阶巴特沃斯低通滤波器

单3.3V 供电、2mA 电源电流、20kHz 8阶巴特沃斯低通滤波器，将两个LTC1563 - 2级联，达到了更高阶的滤波效果。

3. 6阶伪巴特沃斯滤波器

将教科书设计中最低Q值的2阶复数部分替换为两个实一阶极点，并微调另一部分的Q值，使最终滤波器的响应与教科书的巴特沃斯响应几乎无差别。

六、总结

LTC1563-2/LTC1563-3有源RC低通滤波器系列以其易用性、灵活性和出色的性能，在众多应用领域展现出强大的优势。工程师在设计过程中，需充分考虑其特性和注意事项，结合实际需求进行合理选择和布局。同时，FilterCAD软件为滤波器的设计提供了有力的支持，能够实现更精确的电阻计算和更复杂的滤波器设计。希望本文能为电子工程师在滤波器设计方面提供有价值的参考，大家在实际应用中是否遇到过类似滤波器的特殊问题呢？欢迎交流探讨。