【導(dǎo)讀】高頻(1MHz或更高)有源低通濾波器目前已經(jīng)成為無源LC濾波器的一種切實(shí)可行的替代方案，這是由于非常高帶寬(100MHz或更高)的集成放大器出現(xiàn)。帶寬處于兆赫茲頻段的模擬信號(hào)濾波應(yīng)用可借助一個(gè)采用電阻器、電容器和一個(gè)400MHz運(yùn)算放大器(如LT1819)或者一個(gè)全集成低通濾波器(如LT6600-10)的分立有源濾波器電路來實(shí)現(xiàn)。。
高頻(1MHz或更高)有源低通濾波器目前已經(jīng)成為無源LC濾波器的一種切實(shí)可行的替代方案，這是由于非常高帶寬(100MHz或更高)的集成放大器出現(xiàn)。帶寬處于兆赫茲頻段的模擬信號(hào)濾波應(yīng)用可借助一個(gè)采用電阻器、電容器和一個(gè)400MHz運(yùn)算放大器(如LT1819)或者一個(gè)全集成低通濾波器(如LT6600-10)的分立有源濾波器電路來實(shí)現(xiàn)。LT6600-10具有等效于四階平坦通帶切比雪夫(Chebyshev)函數(shù)的10MHz固定頻率響應(yīng)。一個(gè)基于LT1819的有源RC低通濾波器可被設(shè)計(jì)成具有切比雪夫、巴特沃斯(Butterworth)、貝塞爾(Bessel)或特定的頻率響應(yīng)(高至20MHz)。
LT6600-10低通濾波器
LT6600-10是一種采用表面貼SO-8封裝的全集成差分四階低通濾波器(圖1)。兩個(gè)阻值范圍為1600?至100?的外部電阻器可將濾波器通帶中的差分增益分別設(shè)定在-12dB至12dB。在高至10MHz的頻率條件下，LT6600-10的通帶增益波紋最大值為0.7dB至-0.3dB，30MHz和50MHz頻率條件下的衰減典型值分別為28dB和44dB。當(dāng)在通帶增益為1的情況下采用一個(gè)2VP-P的信號(hào)時(shí)，濾波器輸出端的信噪比(SNR)為82dB(這是一個(gè)適于高達(dá)14位分辨率的信噪比指標(biāo))。除了低通濾波之外，LT6600-10還能移動(dòng)輸入共模信號(hào)的電平。例如，當(dāng)采用一個(gè)單3V電源時(shí)，如果輸入共模電壓為0.25V，則可將輸出共模電壓設(shè)定為1.5V。LT6600-10可采用單3V、單5V或雙5V工作電源。
圖1：采用單電源和僅兩個(gè)外部電阻器的LT6600-10 10MHz低通濾波器
一個(gè)基于LT1819的RC低通濾波器
LT6600-10極大地簡(jiǎn)化了低通濾波器的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗恍璨捎脙蓚€(gè)外部電阻器來設(shè)定差分增益，但通帶是固定的。為了獲得更大的靈活性，LT1819的400MHz、高轉(zhuǎn)換速率、低噪聲和低失真雙運(yùn)算放大器是一種好的選擇。圖2示出了采用兩個(gè)LT1819的差分10MHz四階低通濾波器。這種方法可提供高達(dá)20MHz的可調(diào)通帶，但代價(jià)是需要采用數(shù)量較多的無源和有源元件，并且對(duì)元件參數(shù)值的變化非常敏感。例如，圖2所示的元件敏感度分析指出：為了保持與LT6600-10相似的通帶波紋(在高至10MHz的頻率范圍下為±0.5dB)，電阻器的元件容限不得超過±0.5%，電容器的元件容限不得超過1%。而且，LT1819的增益帶寬乘積不應(yīng)低于300MHz。如果希望獲得一個(gè)巴特沃斯、貝爾塞或特定的頻率響應(yīng)，則采用±1%的電阻器和±0.5%的電容器便足夠了。與“平坦”通帶切比雪夫?yàn)V波器相比，這些濾波器的敏感度較低。這種基于LT1819的濾波器可采用單5V或雙5V工作電源(當(dāng)采用一個(gè)單3V電源時(shí)，濾波器電路采用一個(gè)LT1807，它是一個(gè)325MHz軌至軌雙運(yùn)算放大器)。
圖2：與圖1所示濾波器相似的另一種10MHz單電源低通濾波器。該電路采用了LT1819運(yùn)算放大器并具有高達(dá)20MHz的可調(diào)帶寬
用于差分50Msps ADC的抗混淆10MHz濾波器
一個(gè)LT6600-10或一個(gè)基于LT1819的10MHz低通濾波器可提供足夠的阻帶衰減，以減少在高速模數(shù)變換器(例如LTC1744,，這是一個(gè)50Msps的差分輸入ADC)輸入端混淆信號(hào)。圖3示出了LT6600-10和基于LT1819的10MHz濾波器增益響應(yīng)曲線。LT1819濾波器被設(shè)計(jì)為在20MHz的頻率條件下具有高于LT6600-10濾波器的衰減，從而獲得足夠的阻帶衰減。LT1819電路的40MHz以上阻帶衰減被印刷電路的雜散路徑以及共模抑制有所減小的差分元件失配在非常高頻條件下限制為-42dB。全集成LT6600-10濾波器的阻帶衰減在40MHz以上繼續(xù)增加。圖4示出了由一個(gè)LT6600-10及一個(gè)LT1744 14位ADC進(jìn)行處理的1MHz 2VP-P差分正弦波所得出的DC至10MHz曲線。圖中的曲線是一個(gè)以50Msps采樣速率進(jìn)行數(shù)字化的1MHz正弦波取平均的4096點(diǎn)FFT。圖4中的1MHz諧波失真實(shí)際上與同時(shí)采用一個(gè)基于LT1819的濾波器和一個(gè)LT1744時(shí)是一樣的。在10MHz帶寬中，采用LT6600-10和LT1744電路所測(cè)得的信噪比與失真之和為74.5dB，這基本上與一個(gè)LT1744 ADC的動(dòng)態(tài)范圍(對(duì)于一個(gè)2VP-P信號(hào)的最小值為75.5dB)相等?；贚T1819的濾波器噪聲稍大，采用LT1819加上LT1744電路所測(cè)得的信噪比與失真之和為71.5dB。
圖3：圖1和圖2所示兩種10MHz抗混淆濾波器的頻率響應(yīng)曲線
圖4：一個(gè)1MHz、2Vp-p、差分正弦波輸入至一個(gè)LT6600-10濾波器和一個(gè)LT1744 14位ADC的頻譜曲線(采用一個(gè)50MHz采樣速率的4096點(diǎn)取平均FFT的DC至10MHz曲線)
結(jié)論
LT6600-10是一款采用小型封裝(SO-8)、具增益的高性能10MHz差分濾波器，而LT1819運(yùn)算放大器則可被用來形成高達(dá)20MHz的多種差分濾波器。
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