深度解析MAX7426/MAX7427：5阶低通椭圆开关电容滤波器

在电子设计领域，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MAXIM公司推出的MAX7426/MAX7427 5阶低通椭圆开关电容滤波器（SCFs），了解其特点、工作原理和应用场景。

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一、产品概述

MAX7426/MAX7427是5阶低通椭圆开关电容滤波器，分别采用+5V（MAX7426）或+3V（MAX7427）单电源供电，仅消耗0.8mA的电源电流，支持1Hz至12kHz的转折频率，非常适合低功耗数模转换器（DAC）后置滤波和抗混叠应用。此外，它们还具备低功耗模式，可将电源电流降至0.2µA。

二、产品特性

2.1 滤波器特性

• 5阶椭圆低通滤波器：提供陡峭的滚降特性和良好的阻带抑制能力，过渡比为1.25，典型阻带抑制为37dB。
• 低噪声和失真：总谐波失真加噪声（THD + N）低至 -80dB，确保信号的高质量处理。
• 时钟可调转折频率：转折频率范围为1Hz至12kHz，通过时钟信号轻松调整。
• 单电源供电：MAX7426采用+5V电源，MAX7427采用+3V电源，满足不同应用需求。

2.2 时钟选项

提供两种时钟选项：自时钟（通过外部电容实现）和外部时钟，可实现更精确的截止频率控制。

2.3 低功耗设计

正常工作模式下电流仅为0.8mA，关机模式下电流低至0.2µA，有效降低功耗。

2.4 封装形式

提供8引脚µMAX/PDIP封装，方便安装和使用。

2.5 低输出失调

输出失调电压低至±4mV，确保输出信号的准确性。

三、电气特性

3.1 滤波器特性

• 转折频率范围：MAX7426为0.001至9kHz，MAX7427为0.001至12kHz。
• 时钟与转折频率比：固定为100:1，方便设计和调整。
• 输出电压范围：0.25VDD - 0.25V。
• 输出失调电压：±4mV至±25mV。
• 直流插入增益：0至0.4dB。
• 总谐波失真加噪声：MAX7426为 -81dB，MAX7427为 -79dB。

3.2 时钟特性

• 内部振荡器频率：当COSC = 1000pF时，频率范围为13.5至21.5kHz。
• 时钟输出电流：内部振荡器模式下为±7.5至±12.5µA。
• 时钟输入高/低电平：MAX7426分别为4.5V和0.5V，MAX7427分别为2.5V和0.5V。

3.3 电源特性

• 电源电压：MAX7426为4.5至5.5V，MAX7427为2.7至3.6V。
• 电源电流：正常工作模式下，MAX7426为0.8mA，MAX7427为0.75mA；关机模式下均为0.2µA。
• 电源抑制比：典型值为70dB。

四、工作原理

4.1 椭圆滤波器特性

椭圆滤波器是四种常见滤波器类型（巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫和椭圆）中滚降最陡峭的一种。其通带边缘附近的极点具有高Q值，结合阻带零点，实现了尖锐的衰减特性，非常适合抗混叠和DAC后置滤波应用。

4.2 时钟信号

• 外部时钟：滤波器设计用于40%至60%占空比的外部时钟，通过改变外部时钟速率可调整滤波器的转折频率，公式为 (f{C}=frac{f{CLK}}{100})。
• 内部时钟：当使用内部振荡器时，CLK引脚的电容（COSC）决定振荡器频率，公式为 (f{OSC}(kHz)=frac{17.5 × 10^{3}}{C{OSC}(pF)})。通过改变内部振荡器速率，同样可按100:1的比例调整滤波器的转折频率。

4.3 输入阻抗

MAX7426/MAX7427的输入阻抗等效于一个开关电容电阻，与频率成反比。输入阻抗可通过公式 (Z{IN}=frac{1}{f{CLK} × C{IN}}) 估算，其中 (C{IN}=1 pF)。为确保信号传输质量，建议使用输出电阻小于滤波器输入阻抗10%的驱动器。

4.4 低功耗关机模式

通过将SHDN引脚驱动为低电平，可激活关机模式。在关机模式下，滤波器电源电流降至0.2µA，输出变为高阻抗。正常工作时，将SHDN引脚驱动为高电平或连接到VDD。

五、应用信息

5.1 偏移和共模输入调整

COM引脚用于设置共模输入电压，内部通过电阻分压器偏置在电源中点。如果不需要偏移调整，可将OS引脚连接到COM；如果需要调整偏移，可通过电阻分压器网络向OS引脚施加外部偏置电压。输出电压可通过公式 (V{OUT }=(V{IN }-V{COM})+V{OS }) 计算，其中 (V{COM}=frac{V{DD}}{2})（典型值）。

5.2 电源供应

MAX7426采用+5V单电源供电，MAX7427采用+3V单电源供电。建议在VDD和GND之间连接0.1µF的旁路电容。如果需要双电源供电，可将COM连接到系统地，GND连接到负电源。单电源和双电源供电的性能相当。

5.3 输入信号幅度范围

最佳输入信号范围可通过观察给定转折频率下信号与噪声加失真比（SINAD）最大时的电压电平来确定。典型工作特性曲线展示了THD + 噪声随输入信号峰 - 峰值幅度的变化情况。

5.4 抗混叠和DAC后置滤波

在使用MAX7426/MAX7427进行抗混叠或DAC后置滤波时，需要同步DAC（或ADC）和滤波器的时钟，以避免拍频混入所需通带。

5.5 谐波失真

滤波器内部的非线性会导致谐波失真。在 (TA=+25^{circ} C) 且负载为10kΩ时，典型谐波失真值如表2所示。

六、芯片和封装信息

6.1 芯片信息

• 晶体管数量：1457个。
• 工艺：BiCMOS。

6.2 封装信息

提供8引脚µMAX/PDIP封装，具体尺寸和详细信息可参考产品数据手册。

七、总结

MAX7426/MAX7427 5阶低通椭圆开关电容滤波器以其低功耗、高性能和灵活的时钟选项，成为低功耗DAC后置滤波和抗混叠应用的理想选择。电子工程师在设计过程中，可根据具体需求选择合适的型号和工作模式，充分发挥其优势。在实际应用中，你是否遇到过类似滤波器的使用问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。