通用型有源濾波器MAX275的結(jié)構(gòu)原理和應用實例分析

１、概述

ＭＡＸ２７５是美國ＭＡＸＩＭ公司生產(chǎn)的通用型有源濾波器。它內(nèi)含兩個獨立的二階有源濾波電路，可分別同時進行低通和帶通濾波，也可通過級聯(lián)實現(xiàn)四階有源濾波，中心頻率／截止頻率可達３００ｋＨｚ。 ＭＡＸ２７５無需時鐘電路，因此與開關電容濾波器相比，其噪聲更低，動態(tài)特性更好，能廣泛應用于各種精密測試設備、通信設備、醫(yī)療儀器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

２、ＭＡＸ２７５的結(jié)構(gòu)原理

ＭＡＸ２７５內(nèi)部的二階有源濾波器如圖１所示。由圖可見，該電路采用４運放設計，運放、內(nèi)部電容以及外接電阻構(gòu)成級聯(lián)積分電路，可同時提供低通和帶通濾波輸出。電路內(nèi)部最后一級運放的輸入端接有一個５ｋΩ電阻，其作用是避免外部寄生電容對內(nèi)部積分電容產(chǎn)生影響。

３、ＭＡＸ２７５的引腳功能和主要參數(shù)

３．１ 引腳功能

ＭＡＸ２７５采用２０腳ＤＩＰ或ＳＯ封裝形式，引腳排列如圖２所示。使用時只要根據(jù)相關公式計算出合適的外接電阻，經(jīng)過簡單的連接就能很好地滿足設計要求。其主要引腳的功能如下（內(nèi)部的兩個獨立二階有源濾波器分別用Ａ、Ｂ表示）：

Ｖ＋，Ｖ－，：正、負電源輸入端。

ＩＮＡ，ＩＮＢ：信號輸入端。

ＬＰＩＡ，ＬＰＩＢ：低通濾波輸入端。

ＬＰＯＡ，ＬＰＯＢ：低通濾波輸出端。

ＢＰＩＡ，ＢＰＩＢ：帶通濾波輸入端。

ＢＰＯＡ，ＢＰＯＢ：帶通濾波輸出端。

ＦＣＡ，ＦＣＢ：頻率控制端。

３．２ 主要性能參數(shù)

ＭＡＸ２７５的主要性能參數(shù)如下：

● 頻率范圍：１００～３００ｋＨｚ；

● 頻率精度：±０．９％；

● 頻率精度溫漂：－２４ｐｐｍ／℃；

● Ｑ值溫漂：３８ｐｐｍ／℃；

● 寬帶噪聲：６μＶＲＭＳ（１Ｈｚ～１０Ｈｚ），４２μＶＲＭＳ（１０Ｈｚ～１０ｋＨｚ）；

● 失調(diào)電壓：±１２５ｍＶ（低通輸出），±５０ｍＶ（帶通輸出）；

● 失調(diào)電壓溫漂：２０μＶ／℃；

● 諧波失真：－８９ｄＢ（ＦＴＥＳＴ＝１ｋＨｚ），－８３ｄＢ（ＦＴＥＳＴ＝１０ｋＨｚ）；

● 輸出電壓擺幅：±４．５Ｖ （ＲＬ＝５ｋΩ）；

● 電源電壓范圍：－２．３７Ｖ～＋５．５０Ｖ；

● 工作溫度范圍：－４０℃～８５℃。

４、典型電路

圖３為ＭＡＸ２７５的典型應用電路。外接電阻Ｒ１～Ｒ４的阻值計算公式為：Ｒ２＝？２×１０９／Ｆｏ？，Ｒ４＝Ｒ２－５ｋΩ，Ｒ３＝？Ｑ（２×１０９）？／Ｆ０×（ＲＸ／ＲＹ），Ｒ１＝２×１０９／Ｆｏ ＨＯＬＰ×（ＲＸ／ＲＹ）（低通濾波）或Ｒ１＝Ｒ３／ＨＯＢＰ（帶通濾波）。式中Ｆ０為中心頻率／截止頻率，Ｑ為品質(zhì)因數(shù)，ＨＯＬＰ為低通濾波器增益，ＨＯＢＰ為帶通濾波器增益。需要注意的是，ＲＸ／ＲＹ取決于頻率控制端ＦＣ的接法：若ＦＣ接地，ＲＸ／ＲＹ＝１／５；若ＦＣ接正電源， ＲＸ／ＲＹ＝４；若ＦＣ接負電源，ＲＸ／ＲＹ＝１／２５。Ｒ１～Ｒ４中若有阻值過大或過小的現(xiàn)象，可適當采取后兩種接法達到調(diào)整電阻值的目的。但在對噪聲比較敏感的情況下，不推薦使用。

５、ＭＡＸ２７５應用實例

圖４為設計的某目標識別電路的組成原理框圖。根據(jù)識別目標信號頻率的特點，濾波器采用由ＭＡＸ２７５構(gòu)成的二階巴特沃思低通濾波器，且Ｆｏ＝３００Ｈｚ，ＨＯＬＰ＝２．８。具體實現(xiàn)方案參見圖５。該圖由在ＤＯＳ環(huán)境下運行的ＭＡＸ２７５ Ｆｉｌｔｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ根據(jù)設計要求自動生成，所有外接電阻均為標稱值，采用１％金屬膜電阻。

設計過程中遇到的主要問題有：第一，由于該低通濾波器的截止頻率較低，使得某些外接電阻的阻值較大，當大于４ＭΩ時，由于電阻精度及寄生電容的影響，Ｆｏ和Ｑ值會出現(xiàn)較大偏差。解決方案是用Ｔ形電阻網(wǎng)絡取代大阻值的外接電阻，圖５中有兩處采用了Ｔ形網(wǎng)絡以代替大阻值的Ｒ２和Ｒ４（兩者約為６．７ＭΩ）；第二，濾波器的輸出失調(diào)電壓將對后級的電壓比較器產(chǎn)生影響，有可能導致比較器誤動作。解決方案是在圖５的ＩＮＰＵＴ端和輸出端ＬＰＯ之間增加一級ＲＣ無源濾波電路，以消除輸出失調(diào)電壓，另外還可在ＬＰＯ端加接一個由集成運放構(gòu)成的射極跟隨器作為緩沖輸出。

巴特沃思濾波器幅頻響應的特點是在小于截止頻率的范圍內(nèi)，具有最平幅度響應，而在大于截止頻率后，幅頻響應迅速下降。圖５電路的幅頻特性曲線如圖６所示。實際應用表明，ＭＡＸ２７５完全符合設計要求，是一種使用方便、性能優(yōu)良的有源濾波器。

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