LTC1061高性能三重通用滤波器构建模块：特性、应用与设计指南

在电子工程师的设计工具箱中，滤波器是不可或缺的重要组件。今天，我们要深入探讨一款功能强大的滤波器芯片——LTC1061，它由三个高性能通用滤波器构建模块组成，能够实现多种二阶滤波功能，在诸多领域都有广泛的应用前景。

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特性亮点

集成与性能

1. 内置三滤波器：一个封装内集成三个滤波器，大大节省了电路板空间，提高了设计的集成度。
2. 高阶滤波能力：可实现高达6阶的滤波功能，中心频率范围可达35kHz，(f_{0} ×Q) 乘积最高能到1MHz，能满足不同的滤波需求。
3. 精准度保障：在不同温度条件下，能保证中心频率和Q值的准确性，同时具有低失调电压，确保滤波性能的稳定性。
4. 高信噪比：达到90dB的信噪比，有效减少信号中的噪声干扰，提升信号质量。

电源与功耗

1. 宽电源范围：支持单4.7V电源供电，也可使用±2.37V到±8V的双电源供电，在±5V及以上电源供电时，能处理高达100kHz的输入频率。
2. 低功耗设计：使用单5V电源时，功耗较低，适合对功耗有严格要求的应用场景。

时钟与兼容性

1. 灵活时钟输入：具备时钟输入引脚，与 (T^{2} ~L) 和CMOS兼容，时钟频率的选择较为灵活。
2. 多样封装形式：提供20引脚DIP和20引脚SO宽封装，方便不同的电路板布局和安装需求。

典型应用场景

高阶宽频滤波

适用于高阶、宽频率范围的带通、低通和陷波滤波器设计，能有效过滤特定频率范围内的信号，满足通信、音频处理等领域的需求。

低功耗可调滤波

在需要低功耗、单5V电源供电且时钟可调的滤波器设计中表现出色，如便携式设备、传感器信号处理等场景。

跟踪与抗混叠滤波

可用于跟踪滤波器和抗混叠滤波器，确保信号的准确采集和处理，避免信号失真。

电气特性详解

频率范围

中心频率范围会根据不同的工作模式和电源电压有所变化。例如，在 (f{O} × Q ≤ 175kHz) 、Mode 1、(V{S} = ± 7.5V) 的条件下，中心频率范围为0.1 - 35kHz。输入频率范围最大可达200kHz。

时钟与频率比

时钟与中心频率的比值在不同的工作模式和条件下有不同的数值。如在Sides A、B的Mode 1模式下，当 (R1 = R3 = 50k) 、(R2 = 5k) 、(Q = 10) 、(f_{CLK} = 250kHz) 时，该比值为50 ± 0.6%。

温度系数

中心频率和Q值的温度系数在不同工作模式和时钟频率下有所不同。例如，在Mode 1、50:1、(f_{CLK} < 300kHz) 的条件下，中心频率的温度系数为± 1 ppm/ ° C。

失调电压与时钟馈通

直流失调电压在不同的工作模式、时钟频率和芯片型号下有不同的数值。时钟馈通在 (f_{CLK} < 1MHz) 时，典型值为0.4mV RMS。

引脚说明与应用提示

电源引脚

电源引脚（Pins 10, 15）需要用0.1µF的陶瓷圆盘电容进行旁路，建议使用低噪声、非开关型的电源。该芯片支持单5V电源和双电源供电，绝对最大工作电源电压为±9V。

时钟与电平转换引脚

当使用对称双电源时，电平转换引脚9应连接到模拟地；使用单5V电源时，应连接到引脚15（系统地）。时钟引脚的典型逻辑阈值电平会根据电源电压有所不同，输入时钟的推荐占空比为50%，在±5V及以上电源供电时，最大时钟频率为2.4MHz。

电压输入引脚

(S 1{A}) 、(S 1{B}) （Pins 5, 16）为电压输入引脚，使用时驱动源阻抗应低于5kΩ，不使用时应连接到模拟地引脚6。

模拟地引脚

AGND（Pin 6）在使用双电源时应连接到系统地，使用单正电源时应连接到1/2电源。内部运算放大器的正输入和内部开关的公共参考均与该引脚内部连接，因此需要一个“干净”的接地。

模式控制引脚

50/100/Hold（Pin 7）可控制滤波器的时钟与中心频率的比值。将其连接到 (V^{+}) 时，比值为50:1；处于中间电源时，比值为100:1；短接到负电源引脚时，滤波器停止工作，带通和低通输出作为采样保持电路。

工作模式解析

主要模式

1. Mode 1：外部时钟频率与每个二阶部分的中心频率比值内部固定为50:1或100:1，可用于制作高阶巴特沃斯低通滤波器、低Q陷波滤波器和级联二阶带通功能。
2. Mode 3：经典的状态变量配置，可提供高通、带通和低通二阶滤波功能，但由于输入放大器在谐振回路内，高频性能不如Mode 1。可用于制作高阶全极点带通、低通、高通和陷波滤波器。

次要模式

1. Mode 1b：由Mode 1派生而来，通过添加两个电阻R5和R6，可调整滤波器时钟与中心频率的比值，同时保留Mode 1的速度优势。
2. Mode 3a：Mode 3的扩展，通过外部电阻将高通和低通输出相加形成陷波，陷波频率可高于或低于二阶部分的中心频率，非常灵活。
3. Mode 2：Mode 1和Mode 3的组合，时钟与中心频率的比值小于50:1或100:1，对电阻容差的敏感度较低。

输出噪声与偏移

输出噪声

LTC1061输出的宽带RMS噪声几乎与时钟频率无关，使用±2.5V电源时噪声较低。带通和低通输出的噪声大致随 (sqrt{Q}) 增加，当通过外部电阻改变时钟与中心频率的比值超过内部设定的100:1或50:1时，噪声会以平方根的方式增加。

输出偏移

滤波器带通输出的直流偏移始终等于 (Vos3) ，其余两个输出（陷波和低通）的直流偏移取决于工作模式和外部电阻比值。一般来说，Q值减小、((f{CLK} / f{0})) 比值超过100:1时，输出直流偏移会增加。

封装信息与相关部件

封装类型

提供J、N、SW三种封装类型，分别为20引脚CERDIP（窄.300英寸，密封）、20引脚PDIP（窄.300英寸）和20引脚塑料小外形（宽.300英寸），满足不同的应用需求。

相关部件

与LTC1068、LTC1562、LTC1562 - 2等部件相关，这些部件也具有不同的滤波特性和应用场景，可根据具体设计需求进行选择。

LTC1061作为一款高性能的滤波器芯片，凭借其丰富的特性、多样的工作模式和广泛的应用场景，为电子工程师提供了强大的设计工具。在实际应用中，我们需要根据具体的需求，合理选择工作模式、电源电压和外部元件，以充分发挥其性能优势。你在使用LTC1061或其他滤波器芯片时，遇到过哪些有趣的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。