LTC1164：低功耗、低噪声的通用滤波器构建模块

在电子设计领域，滤波器的性能对整个系统的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。今天，我们要深入探讨 Linear Technology 公司推出的 LTC1164 芯片，它是一款集低功耗、低噪声等多种优势于一身的通用滤波器构建模块。

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1. 特性亮点

1.1 低功耗设计

LTC1164 在一个仅 0.3 英寸宽的封装内集成了 4 个滤波器，有效节省了电路板空间。同时，它的低功耗特性十分突出，每个构建模块典型的供电电流仅为 850μA，却能在不牺牲噪声和失真性能的前提下实现高效运行。

1.2 低噪声优势

相较于 LTC1059、LTC1060 和 LTC1061 等器件，LTC1164 的噪声降低了一半，为信号处理提供了更纯净的环境，有助于提高系统的整体性能。

1.3 宽输出摆幅

该芯片具备较宽的输出摆幅，能够适应不同的信号处理需求，为设计带来了更大的灵活性。

1.4 灵活的时钟与中心频率比

支持 50:1 和 100:1 的时钟与中心频率比，并且可以同时实现这两种比例，方便用户根据具体应用场景进行灵活配置。

1.5 宽电源电压范围

可在 ±2.37V 至 ±8V 的电源电压下正常工作，能适应多种不同的电源环境，增强了其在不同系统中的适用性。

1.6 定制化选项

还提供了带有内部电阻的定制版本，满足用户的特殊需求。

2. 应用领域

LTC1164 的应用范围广泛，常见于以下几个方面：

2.1 抗混叠滤波器

在信号采集系统中，抗混叠滤波器能够有效防止信号混叠现象的发生，保证采集到的信号真实可靠。LTC1164 的低噪声和宽输出摆幅特性使其非常适合用于抗混叠滤波器的设计。

2.2 电信滤波器

在电信系统中，对信号的处理和传输要求极高。LTC1164 可以用于构建各种电信滤波器，如带通滤波器、低通滤波器等，以满足电信信号处理的需求。

2.3 频谱分析

频谱分析是对信号进行频域分析的重要手段。LTC1164 能够提供准确的频率响应，有助于实现高精度的频谱分析。

2.4 环路滤波器

在锁相环等系统中，环路滤波器起着关键作用。LTC1164 可以作为环路滤波器的核心部件，保证系统的稳定性和准确性。

3. 典型应用电路

文档中给出了一个双 5 阶线性相位滤波器带阻带陷波的典型应用电路示例。该电路使用了 LTC1164 芯片，通过合理配置电阻和电容，实现了特定的滤波功能。在这个电路中，时钟频率 (f_{CLK}=500kHz)，宽带噪声为 50μVRMS，总供电电流为 3mA，所有电阻均采用 1% 金属膜电阻。

4. 电气特性

4.1 电源电压范围

LTC1164 可在 ±2.37V 至 ±8V 的电源电压范围内正常工作，不同的电源电压会影响其输出摆幅等性能参数。

4.2 输出特性

输出摆幅会随着电源电压的变化而变化，例如在 ±2.5V 电源电压下，输出摆幅为 ±1.6V；在 ±5.0V 电源电压下，输出摆幅为 ±3.8V 至 ±4.2V 等。输出短路电流在 ±5.0V 电源电压下为 1mA。

4.3 频率特性

中心频率范围为 0.1Hz 至 20kHz，时钟与中心频率比可实现 50:1 和 100:1，且具有较高的精度。在不同的模式下，最大时钟频率也有所不同，如在模式 1 且 (Q<2.5)、(V_{S}≥±7.0V) 时，最大时钟频率为 1.5MHz。

4.4 温度特性

中心频率 (f{O}) 的温度系数在 (f{CLK}≤500kHz) 时为 ±1ppm/°C，(Q) 值的温度系数在 (f_{CLK}≤250kHz) 时为 ±5ppm/°C，保证了芯片在不同温度环境下的稳定性。

5. 工作模式

5.1 主要模式

模式 1

在模式 1 下，每个二阶部分的外部时钟频率与中心频率之比内部固定为 50:1 或 100:1。该模式可以用于制作高阶巴特沃斯低通滤波器、低 (Q) 值陷波滤波器以及级联具有相同中心频率和单位增益的二阶带通函数。不过需要注意的是，由于第 D 部分没有外部可用的求和节点，模式 1 只能用 4 个 LTC1164 部分中的 3 个来实现，但在特殊要求下，第 D 部分也可以在模式 1 中进行内部连接。

模式 3

模式 3 中，每个二阶部分的外部时钟频率与中心频率之比可以在 50:1 或 100:1 的基础上进行调整。LTC1164 的 D 侧只能以模式 3 进行连接，该模式适用于制作高阶全极点带通、低通、高通和陷波滤波器。

5.2 次要模式

模式 1b

模式 1b 是从模式 1 派生而来的，通过添加两个额外的电阻 R5 和 R6，可调整滤波器时钟与中心频率之比，使其超出 50:1 或 100:1，同时保持了模式 1 的速度优势。

模式 2

模式 2 是模式 1 和模式 3 的组合，时钟与中心频率之比始终小于 50:1 或 100:1，其优点是对电阻公差的敏感性比模式 3 低。

模式 3A

模式 3A 是模式 3 的扩展，通过两个外部电阻 (R{H}) 和 (R{L}) 将高通和低通输出相加，从而创建一个陷波。该模式比模式 2 更具通用性，陷波频率可以高于或低于二阶部分的中心频率，适用于椭圆高通和陷波滤波器。

6. 应用注意事项

6.1 接地和旁路

为了确保芯片的正常工作，应使用分离的模拟和数字接地平面以及单点接地技术。引脚 6（AGND）应直接连接到模拟接地平面，引脚 7（(V^{+})）和引脚 19（(V^{-})）应分别使用 0.1μF 陶瓷圆盘进行旁路，且 (V^{+}) 和 (V^{-}) 必须无噪声和纹波。所有模拟输入应直接参考单点接地，时钟输入应与模拟电路屏蔽或远离，并使用单独的数字接地平面。

6.2 滤波器输出缓冲

在驱动同轴电缆和 1x 示波器探头时，应缓冲滤波器输出，特别是在使用高 (Q) 值设计特定滤波器时。当使用 10x 探头时，通常不需要缓冲，但在进行 THD 测试时，建议使用缓冲器。

6.3 失调归零

对于一些用户来说，低通滤波器可能存在过大的直流失调，可使用伺服电路来主动归零 LTC1164 或任何 LTC 开关电容滤波器的失调。

6.4 噪声问题

所有提到的噪声性能均不包括时钟馈通。如果不采用上述的接地、旁路和缓冲技术，噪声测量结果可能会变差。典型性能特性部分中的宽带噪声与 (Q) 值曲线能很好地反映该器件的噪声性能。

7. 总结

LTC1164 作为一款低功耗、低噪声的通用滤波器构建模块，凭借其丰富的特性、灵活的工作模式和广泛的应用领域，为电子工程师在滤波器设计方面提供了一个强大而可靠的选择。在实际应用中，只要充分考虑其电气特性和应用注意事项，合理选择工作模式和配置参数，就能充分发挥其优势，实现高性能的滤波器设计。

你在使用 LTC1164 芯片的过程中遇到过哪些问题呢？对于它的应用，你还有哪些独特的见解和经验？欢迎在评论区分享交流。