5 阶零直流误差低通滤波器 MAX280/MXL1062 深度解析

在电子工程领域，滤波器是信号处理中不可或缺的关键组件。今天，我们将深入探讨 MAX280/MXL1062 这两款 5 阶零直流误差低通滤波器，详细了解它们的特性、应用以及设计要点。

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一、产品概述

MAX280/MXL1062 是 5 阶全极点仪表低通滤波器，具有零直流误差的显著特点。它通过外部电阻和电容将集成电路与直流信号路径隔离，从而实现出色的直流精度。

（一）主要特性

1. 低通滤波且无直流误差：有效过滤高频信号，同时确保直流信号的准确性。
2. 低通带噪声：在通带内提供低噪声的信号传输。
3. 截止频率范围：从直流到 20kHz，满足多种应用需求。
4. 5 阶全极点滤波器：提供更陡峭的衰减特性。
5. 内部或外部时钟：可根据实际需求选择时钟源。
6. 可级联以实现更高阶滚降：通过级联多个滤波器，实现更高阶的滤波效果。
7. 缓冲输出：方便与后续电路连接。
8. 封装形式多样：有 8 引脚 DIP 和 16 引脚 SOIC 两种封装可供选择。

（二）工作原理

外部电阻和电容与片上 4 阶开关电容滤波器共同构成 5 阶低通滤波器。通过内部时钟设置滤波器的截止频率，时钟与截止频率的比例为 100:1，便于去除时钟纹波。

二、产品选型与订购信息

MAX280 是 MXL1062 的增强版本，在内部时钟振荡器频率和缓冲放大器失调电压方面有更严格的规格。不同型号适用于不同的温度范围和引脚封装，具体如下：	型号	温度范围	引脚封装
MAX280CPA	0°C 至 +70°C	8 引脚塑料 DIP
MAX280CWE	0°C 至 +70°C	16 引脚宽体 SO
MAX280EPA	-40°C 至 +85°C	8 引脚塑料 DIP
MAX280EWE	-40°C 至 +85°C	16 引脚宽体 SO
MAX280MJA	-55°C 至 +125°C	8 引脚陶瓷 DIP
MXL1062CN8	-40°C 至 +85°C	8 引脚塑料 DIP
MXL1062CJ8	-40°C 至 +85°C	8 引脚陶瓷 DIP
MXL1062CS	-40°C 至 +85°C	16 引脚宽体 SO
MXL1062MJ8	-55°C 至 +125°C	8 引脚陶瓷 DIP

三、电气特性

（一）电源电压与电流

• 工作电源电压：双电源为 ±2.375V 至 ±8V，单电源为 4.75V 至 16V。
• 电源电流：在不同温度下有所变化，典型值为 5.0 至 10.0mA。

（二）输入频率范围

输入频率范围为 0 至 20kHz。

（三）滤波器增益

在不同输入频率和条件下，滤波器的增益有所不同。例如，在特定条件下，当输入频率为 0.5fc 时，增益为 -0.02 至 -0.3dB；当输入频率为 2fc 时，增益为 -30dB。

（四）时钟与截止频率比例

时钟与截止频率的比例为 100±1，可通过调整引脚 4 的电压来改变该比例。

（五）内部缓冲器特性

• 偏置电流：在不同温度下有所变化，典型值为 2 至 1000pA。
• 失调电压：MXL1062 为 0.2 至 20mV，MAX280 为 2mV。
• 电压摆幅：在特定条件下为 ±3.5 至 ±3.8V。
• 短路电流源/吸收：为 30/2mA。

四、设计要点

（一）时钟要求

1. 使用分频比：通过将 DIVIDER RATIO 引脚连接到不同的电压（V+、GND 或 V-），可设置内部 CLK 与 fosc 的比例为 1/1、1/2 或 1/4。
2. 使用内部振荡器：内部振荡器频率可通过在 Cosc 引脚与 GND 之间连接外部电容进行修改。计算公式为 (f{OSC}=140kHz(33pF/(33pF+C{OSC})))。在 MAX280 中，片上微调可将振荡器频率公差降低至 ±19.5%。
3. 使用外部时钟：内部开关电容滤波器需要一个比所需截止频率高 100 倍的时钟。外部时钟输入应接近电源轨（V+、V-）。

（二）外部电阻和电容选择

外部电阻和电容作为滤波器反馈回路的一部分，同时形成一个极点。为实现最大平坦幅度响应，时钟应是所需截止频率的 100 倍，且电阻和电容应满足 (frac{f_{C}}{1.62}=frac{1}{2pi RC})。对于宽温度范围应用，建议使用 NPO 陶瓷电容器。

五、应用信息

（一）滤波器输入电压范围

滤波器各节点通常在电源电压的 1V 范围内摆动。输入电压不应超过电源电压，否则可能导致输出波形削波和失真。

（二）内部缓冲器

内部缓冲器是交流信号路径的一部分，电容负载大于 30pF 可能导致通带内增益误差。

（三）滤波器衰减

滤波器滚降为 30dB/倍频程，时钟速率增加时，滤波器的最大衰减会降低。

（四）滤波器噪声

滤波器宽带噪声在 ±5V 电源下典型值为 (90mu V{RMS})，在 ±2.5V 电源或 +5V 单电源下典型值为 (80mu V{RMS})。

（五）瞬态响应

滤波器的阶跃响应近似于理想的 5 阶最大平坦（巴特沃斯）滤波器。通过调整 1/2πRC 的值，可近似实现贝塞尔滤波器的响应。

（六）抗混叠

外部电阻和电容形成的第 5 个滤波器极点可自动提供抗混叠功能，在奈奎斯特频率处衰减大于 43dB。

（七）单电源操作

在单电源操作时，AGND 引脚和 OUT 引脚应偏置在 1/2 电源电压。外部电阻和电容应调整为 ((1/2pi RC)=f_{C}/1.84)。

（八）时钟馈通

可通过在缓冲输出引脚使用电阻和电容来降低时钟馈通。

（九）级联以实现更高阶滤波器

两个芯片可级联以实现 10 阶低通滤波器，可选择有或无中间缓冲器。

（十）创建陷波滤波器

MAX280/MXL1062 可用于创建陷波滤波器，通过将输入信号与滤波器输出相加，可在特定频率处形成陷波。

六、总结

MAX280/MXL1062 5 阶零直流误差低通滤波器具有多种优异特性，适用于多种应用场景。在设计过程中，需要根据具体需求合理选择时钟源、外部电阻和电容等参数，以实现最佳的滤波效果。你在实际应用中是否遇到过类似滤波器的设计难题？欢迎在评论区分享你的经验和见解。