集成方案简化模拟滤波器设计
为在1kHz至15kHz的截止频率范围内获得可以接受的特性(80dB或更好的动态范围),设计人员必须使用容限更严格、具有更高温度稳定性的元器件。例如:
1. 对于截止频率为1kHz至15kHz的滤波器来说,运放在0.5MHz至6.5MHz范围内必须具有一致的增益,THD+N (总谐波失真 + 噪声)必须小于0.005%。
2. 电容应该采用精密的陶瓷电容或薄膜电容,而且在很宽的温度范围和电压范围内必须能够保持稳定的标称值。
3. 电阻应该是容限好于±1%的金属膜电阻,还要具有较低的温度系数。
4. 为了保证量产性能,元器件最好从可靠的供应商采购,如Panasonic、Rohm、Vishay、Kemet和AVX。
一个5阶、截止频率为1kHz至15kHz的贝塞尔低通滤波器的元器件BOM成本估计在$1.50至$2.00之间(1000套以上价格)。这还不包括设计、测试、PCB布板、组装、元件采购等花费的时间成本,这些成本难以量化而且与公司有关。关于元器件值变化对高阶连续时间滤波器的影响,请参考应用笔记738:“Minimizing Component-Variation Sensitivity in Single Op Amp Filters”。
Maxim提供一种更有效、更简单的集成开关电容滤波器解决方案,利用一颗芯片即可实现大多数滤波器的效果(应用笔记733:“A Filter Primer”介绍了更多关于SCF的技术细节)。滤波器设计人员仅需一个低成本外部电容或外部时钟,就可以得到集成、可靠、可预测的高性价比滤波器方案,而且不易受温度和其它环境参数影响。
图3和图4是利用SCF芯片(MAX7409/MAX7413)实现5阶低通贝塞尔滤波器的电路原理图,其中的0.1μF去耦电容可以使用普通的低成本陶瓷电容(材质为X7R或Z5U),但图4中的CCLK 推荐使用COG (NPO)材质的电容。
图3:开关电容滤波器的fC (截止频率)可以用一个占空比为50% ± 10%的时钟实现。
图4:用开关电容滤波器的内部振荡器设置fC需要在CLK引脚和地之间接一个电容CCLK,当CCLK = 300pF时,fC = 1kHz。
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