MAX293八阶低通椭圆开关电容滤波器详解

MAX293/MAX294/MAX297：八阶低通椭圆开关电容滤波器详解

在电子电路设计中，滤波器的选择至关重要，它直接影响着信号处理的质量和效果。今天我们要详细探讨的是MAXIM公司的三款八阶低通椭圆开关电容滤波器——MAX293、MAX294和MAX297，它们在众多领域都有着广泛的应用。

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一、滤波器概述

MAX293/MAX294/MAX297是易于使用的八阶低通椭圆开关电容滤波器。其中，MAX293/MAX294的转角频率范围为0.1Hz至25kHz，MAX297的转角频率范围更宽，可达0.1Hz至50kHz。这三款滤波器具有固定的响应特性，工程师的设计任务主要是选择控制滤波器转角频率的时钟频率。

从规格上看，MAX293和MAX297的过渡比为1.5，能提供陡峭的滚降和 -80dB的阻带抑制；MAX294的过渡比为1.2，滚降最陡峭，阻带抑制为 -58dB。此外，它们还提供了一个未使用的运算放大器（同相输入接地），可用于构建连续时间低通滤波器，以进行后置滤波或抗混叠处理。凭借陡峭的滚降和高阶特性，这些滤波器非常适合需要最大带宽的抗混叠应用，以及需要在频域内对邻近信号进行滤波的通信应用。而且，它们采用8引脚DIP和16引脚宽体SO封装，在小面积内就能实现出色的性能。

二、应用领域

2.1 数据采集系统

在数据采集过程中，需要对采集到的信号进行滤波处理，以去除噪声和干扰，提高数据的准确性。MAX293/MAX294/MAX297的高精度滤波特性能够有效满足这一需求。

2.2 抗混叠

在信号采样过程中，为了避免混叠现象的发生，需要在采样前对信号进行抗混叠滤波。这三款滤波器的陡峭滚降特性使其能够很好地完成抗混叠任务。

2.3 DAC后置滤波

在数模转换（DAC）后，输出的信号可能会包含一些高频噪声和杂波，通过使用这些滤波器进行后置滤波，可以提高输出信号的质量。

2.4 语音/数据信号滤波

在语音和数据通信中，需要对信号进行滤波以提取有用信息，去除干扰信号。MAX293/MAX294/MAX297能够在频域内对信号进行有效滤波，确保通信质量。

三、产品特性

3.1 八阶低通椭圆滤波器

具有八阶的高阶特性，能够提供更陡峭的滚降，有效抑制阻带信号。

3.2 时钟可调转角频率范围

MAX293/MAX294的转角频率范围为0.1Hz至25kHz，MAX297为0.1Hz至50kHz，可根据不同的应用需求进行灵活调整。

3.3 无需外部电阻或电容

内部集成了必要的电路，减少了外部元件的使用，简化了电路设计。

3.4 内部或外部时钟

支持使用内部振荡器产生时钟，也可以使用外部时钟信号，为设计提供了更多的灵活性。

3.5 时钟与转角频率的比率

MAX293/294的比率为100:1，MAX297为50:1，通过调整时钟频率可以方便地控制滤波器的转角频率。

3.6 单 +5V 电源或双 ±5V 电源供电

可根据实际电路的电源配置选择合适的供电方式，增强了产品的适用性。

3.7 未使用的运算放大器

可用于抗混叠或时钟噪声滤波，进一步提高滤波效果。

3.8 封装形式

提供8引脚DIP和16引脚宽体SO封装，方便不同的PCB布局和安装需求。

四、电气特性

4.1 滤波器特性

• 转角频率范围：MAX293/MAX294为0.1Hz至25kHz，MAX297为0.1Hz至50kHz。
• 时钟与转角频率比率：MAX293/294为100:1，MAX297为50:1。
• 插入增益：在不同的输入频率下，三款滤波器的插入增益表现各有不同，具体数据可参考文档中的表格。
• 通带纹波：MAX294为0.27dB，MAX297为0.23dB。
• 输出直流摆幅：±4V。
• 输出失调电压：±150mV至±400mV。
• 去除输出失调后的直流插入增益：-0.15dB至±0.01dB至0.15dB。
• 总谐波失真加噪声：MAX293为 -71dB，MAX294为 -69dB，MAX297为 -77dB。
• 时钟馈通：5.0mVp - p。
• 输出驱动能力：20kΩ至10kΩ。

4.2 时钟特性

• 内部振荡器频率：当Cosc = 1000pF时，频率范围为29kHz至43kHz。
• 内部振荡器电流源/吸收：±70μA至±120μA。
• 时钟输入：高电平为4.0V，低电平为1.0V。

4.3 未使用的运算放大器特性

• 输入失调电压：±10mV至 +50mV。
• 输出驱动能力：20kΩ至10kΩ。
• 输出直流摆幅：±4V。
• 增益带宽积：4MHz。

4.4 电源需求

• 双电源：电压范围为 +2.375V至 +5.5V。
• 单电源：V - = 0V，GND = V + /2 时，V + 范围为4.75V至11.0V。
• 电源电流：15.0mA至22.0mA。

五、设计要点

5.1 时钟信号要求

这三款滤波器的最大推荐时钟频率为2.5MHz，CLK引脚可以由外部时钟驱动，也可以由内部振荡器和外部电容产生。外部时钟应用中，时钟电路设计为与 +5V CMOS逻辑接口，使用单电源或双 +5V 电源时，用CMOS门驱动CLK引脚。当使用内部振荡器时，CLK引脚的电容（Cosc）决定振荡器频率，计算公式为[fOSC(kHz)=frac{10^{5}}{3 COSC(pF)}]。同时，应尽量减小CLK引脚的杂散电容，因为它会影响内部振荡器频率。

5.2 电源供应

MAX293/MAX294/MAX297可以使用双电源或单电源供电。双电源电压范围为 +2.375V至 +5.5V，建议在每个电源与GND之间连接0.1μF的旁路电容。使用单电源时，将V - 引脚接地，并使用电阻分压器网络将GND引脚偏置到电源中点。

5.3 未使用的运算放大器应用

未使用的运算放大器可用于构建一阶或二阶连续时间低通滤波器，用于抗混叠或减少时钟噪声。例如，可以构建一个二阶巴特沃斯滤波器，其转角频率和输入阻抗可以根据不同的应用需求进行调整。同时，在使用该运算放大器时，应注意保持滤波器的输入阻抗高于20kΩ，以避免对开关电容滤波器造成过度负载。

5.4 DAC后置滤波

在用于DAC后置滤波时，应使DAC和滤波器的时钟同步。如果时钟不同步，拍频会混叠到所需的通带中。DAC的时钟应通过对开关电容滤波器的时钟进行分频来产生。

5.5 谐波失真

滤波器内部的非线性会产生谐波失真。在一个1kHz、5Vp - p的正弦波输入信号、1MHz时钟频率和20kΩ负载的条件下，MAX293、MAX294和MAX297的典型谐波失真值有所不同，具体数据可参考文档中的表格。

六、总结

MAX293/MAX294/MAX297三款八阶低通椭圆开关电容滤波器具有高性能、易使用、灵活配置等优点，适用于多种信号处理应用场景。在设计过程中，需要根据具体的应用需求考虑时钟信号、电源供应、运算放大器应用等方面的因素，以确保滤波器能够发挥最佳性能。各位工程师在实际应用中，不妨多尝试这些滤波器，看看它们能为你的设计带来怎样的惊喜。你在使用类似滤波器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。