探索LTC1068系列时钟可调滤波器：特性、应用与设计指南

引言

在电子工程师的日常工作中，滤波器的设计与应用是一项至关重要的任务。今天，我们将深入探讨Linear Technology的LTC1068系列时钟可调滤波器，这是一款功能强大且应用广泛的滤波器产品。它为我们在不同的电子系统设计中提供了灵活且高效的滤波解决方案。

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产品概述

LTC1068系列产品由四个单片时钟可调滤波器构建模块组成，每个产品包含四个匹配的、低噪声、高精度的二阶开关电容滤波器部分。通过外部时钟可以调节每个二阶滤波器部分的中心频率，不同型号的LTC1068产品仅在时钟与中心频率的比率上有所不同，分别为200:1（LTC1068 - 200）、100:1（LTC1068）、50:1（LTC1068 - 50）和25:1（LTC1068 - 25）。同时，外部电阻可以修改时钟与中心频率的比率，这为我们的设计提供了更多的灵活性。

特性亮点

高精度与低噪声

二阶部分中心频率误差典型值为±0.3%，最大值为±0.8%，确保了滤波器的高精度性能。在低噪声方面，不同型号在Q ≤ 5时表现出色，如LTC1068 - 200和LTC1068为50µVRMS，LTC1068 - 50为75µVRMS，LTC1068 - 25为90µVRMS。

低功耗与宽电源范围

电源电流低至4.5mA（单5V，LTC1068 - 50），并且可以在±5V、单5V或单3.3V电源下工作，满足了不同电源环境的需求。

多种应用频率范围

在低通或高通滤波器应用中，不同型号覆盖了从0.5Hz到200kHz的广泛频率范围；在带通或带阻（陷波）滤波器应用中，频率范围从0.5Hz到140kHz。

电气特性分析

内部运算放大器特性

不同型号的LTC1068在内部运算放大器的特性上有一些细微差异。例如，在工作电源电压范围方面，均为3.14V至±5.5V；电压摆幅、输出短路电流、直流开环增益、GBW乘积、压摆率等参数也各有特点。以LTC1068为例，在VS = ±5V时，GBW乘积为6MHz，压摆率为10V/µs。

完整滤波器特性

时钟与中心频率比率的精度是该系列产品的重要指标之一。以LTC1068为例，在特定条件下，时钟与中心频率比率典型值为100 ± 0.3%，最大值为100 ± 0.9%。同时，Q精度、中心频率温度系数、Q温度系数、直流失调电压、时钟馈通等参数也都有明确的规格。

典型性能特性

最大Q值与中心频率关系

不同电源电压下，LTC1068系列产品的最大Q值与中心频率的关系曲线为我们在设计滤波器时提供了重要的参考。例如，在VS = ±5V时，不同型号的最大Q值在不同中心频率下有不同的上限。

中心频率变化与时钟频率关系

中心频率变化与时钟频率的关系曲线显示了滤波器在不同时钟频率下的稳定性。以LTC1068为例，在特定条件下，中心频率变化的误差在一定范围内波动。

噪声特性

噪声与Q值、电阻比值等因素有关。通过典型性能特性曲线，我们可以了解到不同型号在不同条件下的噪声表现，从而在设计中合理选择参数以满足系统的噪声要求。

引脚功能与连接

电源引脚

V⁺和V引脚应分别通过0.1µF电容旁路到合适的模拟地，滤波器的电源应与其他数字或高压模拟电源隔离，建议使用低噪声线性电源，以避免降低滤波器的信噪比。

模拟地引脚

引脚7（AGND）是器件的内部模拟地，对于单电源应用，该引脚应通过1µF电容旁路。不同型号的LTC1068在单电源时AGND的偏置电压有所不同，如LTC1068、LTC1068 - 200和LTC1068 - 25为0.5 × V⁺，LTC1068 - 50为0.435 × V⁺。

时钟输入引脚

任何具有方波输出和50%占空比（±10%）的TTL或CMOS时钟源都可以作为该器件的时钟源。时钟源的电源不应与滤波器的电源相同，模拟地应单点连接。同时，对于时钟信号的上升和下降时间有一定要求，以避免产生内部时钟抖动。

输出引脚

每个二阶部分有三个输出，典型情况下可提供17mA的源电流和6mA的灌电流。在驱动同轴电缆或小于20k的电阻负载时，会影响滤波器的总谐波失真性能，因此在评估滤波器性能时，建议使用宽带、同相高转换速率放大器进行缓冲。

反相输入引脚

这些引脚是内部运算放大器的反相输入，容易受到低阻抗信号输出和电源线的杂散电容耦合影响。在印刷电路板布局中，信号走线、时钟源走线或电源走线应与反相输入引脚保持至少0.1英寸的距离。

求和输入引脚

这些是电压输入引脚，如果使用，应使用源阻抗低于5k的信号驱动；不使用时，应连接到模拟地引脚。求和引脚的连接方式决定了每个二阶部分的电路拓扑（模式）。

工作模式

模式选择的重要性

线性技术的通用开关电容滤波器设计有固定的内部标称fCLK/fO比率，但在实际应用中，我们往往需要通过外部电阻来实现不同的fCLK/fO比率。不同的工作模式通过不同的外部电阻连接方式来实现不同的fCLK/fO比率，同时也会影响HP/N引脚的传递函数。

常见工作模式介绍

• 模式1：二阶部分的外部时钟频率与中心频率的比率固定为器件的标称比率，可用于制作高阶巴特沃斯低通滤波器、低Q陷波滤波器以及级联调谐在相同中心频率的二阶带通函数。
• 模式1b：在模式1的基础上增加了两个电阻，可调整滤波器的时钟与中心频率比率，适用于高Q设计，且时钟与截止（或中心）频率比率大于器件标称比率的情况。
• 模式3：可以将二阶部分的外部时钟频率与中心频率的比率调整到高于或低于器件的标称比率，可用于制作高阶全极点带通、低通和高通滤波器，但速度比模式1慢。
• 模式2：时钟与中心频率比率fCLK/fO总是小于器件的标称比率，对电阻容差的敏感度低于模式3，具有高通陷波输出，陷波频率仅取决于时钟频率。

应用信息

操作限制

通过典型性能特性中的最大Q值与中心频率（f0）关系图，我们可以确定每个LTC1068器件二阶部分的操作Q值上限。当通带增益误差开始超过1dB时，可以使用电容CC来降低增益误差，电容CC的最佳值可通过实验确定。

时钟馈通

时钟馈通是指在滤波器输出引脚处存在的时钟频率及其谐波的RMS值。通过适当的布局技术和在滤波器最终输出端添加简单的RC低通网络，可以大大降低时钟馈通。

宽带噪声

滤波器的宽带噪声是器件噪声频谱密度的总RMS值，主要频率成分位于滤波器通带内，无法通过后置滤波降低。对于特定的滤波器设计，总噪声取决于每个部分的Q值和级联顺序。

混叠

混叠是开关电容滤波器固有的现象，当输入信号频率产生的最强混叠分量的频率（fSAMPLING - fIN）落入滤波器通带时会发生。对于LTC1068器件，采样频率为2fCLK，因此在设计中需要对输入信号频谱进行限带处理。

典型应用案例

8阶滤波器设计

LTC1068系列产品可以设计出各种类型的8阶滤波器，如8阶椭圆带通滤波器、8阶线性相位低通滤波器、8阶带通滤波器、8阶高通滤波器、8阶陷波滤波器等。通过不同的电阻和电容配置，结合FilterCAD设计软件，可以轻松实现这些滤波器的设计。

演示电路DC104

DC104是一款用于评估LTC1068系列产品的表面贴装印刷电路板。它具有输入、输出和电源测试端子，以及用于配置滤波器二阶电路模式、电源模式和缓冲器模式的跳线。通过该电路板，我们可以方便地进行滤波器的测试和验证。

总结

LTC1068系列时钟可调滤波器为电子工程师提供了一个强大而灵活的滤波解决方案。通过深入了解其特性、引脚功能、工作模式和应用信息，我们可以在不同的电子系统设计中合理选择和使用该系列产品，以满足系统的性能要求。同时，结合FilterCAD设计软件，我们可以更加高效地完成滤波器的设计任务。在实际应用中，我们还需要根据具体的需求和条件，综合考虑各种因素，如电源电压、噪声要求、频率范围等，以优化滤波器的性能。你在使用LTC1068系列滤波器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。