MAX7480：8阶低通巴特沃斯开关电容滤波器的特性与应用

在电子设计领域，滤波器是不可或缺的重要组件，对于信号处理和噪声抑制起着关键作用。今天，我们就来详细探讨一下MAX7480这款8阶低通巴特沃斯开关电容滤波器。

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一、产品概述

MAX7480是一款采用单+5V电源供电的8阶低通巴特沃斯开关电容滤波器。它的供电电流仅为2.9mA，支持1Hz至2kHz的截止频率，非常适合用于低功耗的数模转换器（DAC）后置滤波和抗混叠应用。此外，该滤波器还具备关机模式，可将供电电流降低至0.2µA。

二、产品特性

2.1 滤波特性

• 8阶低通巴特沃斯滤波器：提供最大平坦的通带响应，简化了设计任务，只需选择合适的时钟频率即可。
• 低噪声和失真：总谐波失真加噪声（THD + N）低至 -73dB，能够有效保证信号的质量。
• 时钟可调截止频率：截止频率范围为1Hz至2kHz，通过时钟频率进行调节，时钟与截止频率的比率为100:1。

2.2 电源与功耗特性

• 单电源供电：采用 +5V单电源供电，使用方便。
• 低功耗：工作模式下电流为2.9mA，关机模式下电流仅为0.2µA，非常适合低功耗应用。

2.3 封装与输出特性

• 封装形式：提供8引脚SO/DIP封装，便于安装和使用。
• 低输出失调：输出失调电压为 ±5mV，保证了输出信号的准确性。

三、技术参数

3.1 绝对最大额定值

• 电源电压：VDD至GND范围为 -0.3V至 +6V。
• 输入输出引脚电压：IN、OUT、COM、OS、CLK引脚电压范围为 -0.3V至 (VDD + 0.3V)。
• 关机引脚电压：SHDN引脚电压范围为 -0.3V至 +6V。
• 连续功率耗散：不同封装形式在不同温度下有不同的功率耗散限制。
• 工作温度范围：-40°C至 +85°C。
• 存储温度范围：-65°C至 +150°C。
• 引脚焊接温度：+300°C（10秒）。

3.2 电气特性

• 滤波特性：截止频率范围为0.001至2kHz，时钟与截止频率比率为100:1，时钟与截止频率的温度系数为10ppm/°C等。
• 电源要求：电源电压范围为4.5V至5.5V，工作模式下供电电流为2.9mA，关机电流为0.2µA，电源抑制比为60dB。
• 关机特性：SHDN输入高电平为VDD - 0.5V，输入低电平为0.5V，输入泄漏电流为 ±0.1至 ±10µA。

四、时钟信号

4.1 外部时钟

MAX7480适用于占空比为40%至60%的外部时钟。使用外部时钟时，用CMOS门从0至VDD为CLK引脚供电，通过改变外部时钟速率可调整滤波器的截止频率，公式为 (f{C}=f{CLK} / 100)。

4.2 内部时钟

使用内部振荡器时，在CLK和地之间连接一个电容（COSC），振荡器频率由电容值决定，公式为 (f{OSC}(kHz)=frac{53 cdot 10^{3}}{C{OSC}})（(C_{OSC}) 单位为pF）。同时，要尽量减小CLK引脚的杂散电容，以免影响内部振荡器频率。

五、输入阻抗

MAX7480的输入阻抗等效于一个开关电容电阻，与频率成反比。输入电流不连续，以下公式可估算滤波器的输入阻抗：(Z{IN}=frac{1}{left(f{CLK} cdot C{IN}right)})，其中 (f{CLK}) 为时钟频率，(C_{IN}=2.31 pF)。一般建议使用输出阻抗小于滤波器输入阻抗10%的驱动器。

六、低功耗关机模式

通过将SHDN引脚置低可激活关机模式，此时滤波器的供电电流降至0.2µA（典型值），输出变为高阻抗。正常工作时，将SHDN引脚置高或连接到VDD。

七、应用信息

7.1 失调和共模输入调整

COM引脚的电压设置共模输入电压，内部通过电阻分压器偏置在电源中点。用0.1µF电容将COM引脚旁路到地，并将OS引脚连接到COM。若需要进行失调调整或直流电平偏移，可通过电阻分压器网络向OS引脚施加外部偏置电压。输出电压公式为 (V{OUT }=left(V{IN }-V{COM }right)+VOS)，其中 (V{COM}=V_{DD} / 2)（典型值）。

7.2 电源供应

MAX7480采用单 +5V电源供电，用0.1µF电容将VDD旁路到地。若需要双电源（±2.5V），将COM连接到系统地，GND连接到负电源。单电源和双电源性能相当，CLK和SHDN引脚的驱动范围为GND（双电源时为V -）至VDD。

7.3 输入信号幅度范围

最佳输入信号范围可通过观察给定截止频率下总谐波失真加噪声（THD + N）最小的电压电平来确定。典型工作特性图展示了输入信号峰 - 峰值幅度变化时器件的THD + N响应。

7.4 抗混叠和DAC后置滤波

使用MAX7480进行抗混叠或DAC后置滤波时，要使DAC和滤波器时钟同步，否则拍频可能会混叠到通带中。高时钟与截止频率比率（100:1）降低了SCF前后滤波的要求，输入处的低通滤波器可防止时钟频率附近的频率混叠到通带，输出处的低通滤波器可衰减时钟馈通。

7.5 谐波失真

滤波器内部的非线性会产生谐波失真，当纯正弦波输入滤波器时会产生谐波。表1列出了 (T_{A}=+25^{circ} C) 、10k负载下MAX7480的典型谐波失真值。

八、总结

MAX7480作为一款性能出色的8阶低通巴特沃斯开关电容滤波器，具有低功耗、低噪声、可调截止频率等优点，适用于多种应用场景。在实际设计中，电子工程师可以根据具体需求合理选择时钟信号、调整输入输出参数，以实现最佳的滤波效果。大家在使用过程中是否遇到过类似滤波器的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。