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1 概述 MAX275是美國MAXIM公司生產的通用型有源濾波器｡它內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,也可通過級聯實現四階有源濾波,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,動態特性更好,能廣泛應用于各種精密測試設備､通信設備､醫療儀器和數據采集系統｡ 2 MAX275的結構原理 MAX275內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､內部電容以及外接電阻構成級聯積分電路,可同時提供低通和帶通濾波輸出｡電路內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部積分電容產生影響｡ 3 MAX275的引腳功能和主要參數 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｡使用時只要根據相關公式計算出合適的外接電阻,經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 MAX275的主要性能參數如下: ● 頻率范圍:100~300kHz; ● 頻率精度:%26;#177;0.9%; ● 頻率精度溫漂:-24ppm/℃; ● Q值溫漂:38ppm/℃; ● 寬帶噪聲:6μVRMS(1Hz~10Hz),42μVRMS(10Hz~10kHz); ● 失調電壓:%26;#177;125mV(低通輸出),%26;#177;50mV(帶通輸出); ● 失調電壓溫漂:20μV/℃; ● 諧波失真:-89dB(FTEST=1kHz),-83dB(FTEST=10kHz); ● 輸出電壓擺幅:%26;#177;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%26;#215;109/Fo ,R4=R2-5kΩ,R3=Q(2%26;#215;109)/F0%26;#215;(RX/RY),R1=2%26;#215;109/Fo HOLP%26;#215;(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為品質因數,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象,可適當采取后兩種接法達到調整電阻值的目的｡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為筆者設計的某目標識別電路的組成原理框圖｡根據識別目標信號頻率的特點,濾波器采用由MAX275構成的二階巴特沃思低通濾波器,且Fo=300Hz,HOLP=2.8｡具體實現方案參見圖5｡該圖由在DOS環境下運行的MAX275 Filter Design Software根據設計要求自動生成,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值會出現較大偏差｡解決方案是用T形電阻網絡取代大阻值的外接電阻,圖5中有兩處采用了T形網絡以代替大阻值的R2和R4(兩者約為6.7MΩ);第二,濾波器的輸出失調電壓將對后級的電壓比較器產生影響,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,以消除輸出失調電壓,另外還可在LPO端加接一個由集成運放構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,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､性能優良的有源濾波器｡ |
