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LTC1062与目前可用的低通开关电容滤波器不同之处在哪?

来源:analog 发布时间:2023-07-26

摘要: LTC1062是一款多功能,直流精确,仪表低通滤波器,其增益和相位非常接近5阶巴特沃斯滤波器。

LTC1062是一款多功能,直流精确,仪表低通滤波器,其增益和相位非常接近5阶巴特沃斯滤波器。LTC1062与目前可用的低通开关电容滤波器有很大不同,因为它使用外部(R, C)将IC与输入信号直流路径隔离,从而提供直流精度。图1的直流精确输出引脚7由开关电容网络的内部运放缓冲。开关电容网络的输出驱动C1的底部。输入和输出出现在外部电阻上,整体滤波器的IC部分仅处理信号的交流路径。还提供了一个缓冲输出(图1),其最大保证过温失调电压为20mV。典型的缓冲输出偏置为0-5mV,漂移为1µV/°C。使用输入(R, C)还提供了其他优点,例如更低的噪声和抗混叠。

8Hz 5阶巴特沃斯低通滤波器

图1所示、8Hz 5阶巴特沃斯低通滤波器

使用市售锁相环,环路滤波器由用户设计以优化环路性能。对于各种应用,一阶或二阶低通无源或有源R, C滤波器将完成这项工作。当同时要求最小的输出抖动和良好的瞬态响应时,环路滤波器的设计变得更加复杂。例如,快速的瞬态响应意味着宽的滤波器带宽,减小的VCO输出抖动意味着VCO输入端的纹波最小。这是通过低通滤波器的高带外衰减来实现的。LTC1062提供了上述要求,以及经济和截止频率可编程性,有利于在锁相环设计中使用。

图2的电路说明了LTC1062作为环路滤波器的使用。该电路的电源为锁相环5V, LTC1062±5V。CMOS锁相环是CD4046B。LTC1062也可以与单个5V一起使用,并带有一些额外的电平移位(参见AN20)。相检波器#2驱动二极管-电阻限制器组合,使LTC1062输入R处的电压从地上的一个二极管摆动到5V电源以下的一个二极管。此外,两个5k电阻建立最大交流阻抗,以保持LTC1062在其工作区域,并在相位器#2切换到三态模式时将VCO输入偏置在中点。


图2

输入频率小于5kHz (f(IN)&lt)的经验设计程序;5kHz,图2)如下所示:

  • 给定最小输入频率值,ltc1062的截止频率f(C)应为:


  • LTC1062的内部(或外部)时钟频率应为所需截止频率f(C)的150至250倍。

  • 设置LTC1062内部振荡器的电容C(OSC)应通过以下方式选择:


  • 通过进一步降低C(OSC)的值,LTC1062的内部时钟频率增加,环路的阻尼也增加。

  • 让C = 0.047µF, LTC1062输入电阻R应为:


  • 注意:对于这种应用,环路滤波器不需要是最大平坦的,因此,ltc1062的(R, C)值可以在±5%的公差范围内。

为了说明低通无源R, C环路滤波器与LTC1062的性能差异,我们对一个输入频率范围为60Hz±10%且÷ N = 100的锁相环进行了图2电路测试。然后,锁相环的压控振荡器输出可用于驱动精密开关电容滤波器的时钟输入,例如LTC1060A,时钟与中心比设置为100:1,并配置为60Hz尖锐陷波或带通滤波器。图3A显示了当使用无源R, C环路滤波器(图4)时回路的瞬态响应。输入频率从54Hz移到60Hz,环路需要820ms才能稳定在其稳定值的5%以内。R,C无源滤波器的拐角频率为22Hz。回路的固有频率约为10Hz,阻尼系数小于0.1。图3B显示了上述条件下VCO输出处的抖动。f(OUT)= 6kHz的30µs抖动对应于18%的瞬时频率误差。这使得锁相环压控振荡器输出不能用作跟踪开关电容滤波器的时钟发生器。通过进一步降低滤波器的截止频率,可以略微改善压控振荡器的输出抖动;然而,这可能会进一步惩罚电路的设置时间。


图3、无源R,C环滤波器锁相环的瞬态响应。VCO的输出频率为6kHz, ÷N = 100


图3 b、无源R,C环滤波器的锁相环抖动。VCO的输出频率为6kHz, ÷N = 100

图3C和3D显示了当LTC1062用作环路滤波器时的锁相环性能。LTC1062的拐角频率f(C)设置为9.5Hz (1/ 6f (IN)),其内部时钟设置为2.4kHz (252·f (C))。回路的沉降时间为320ms,阻尼系数最佳设置为0.7。在5个周期内测量了1µs VCO输出抖动f(OUT) = 6kHz,这是由于VCO内部电路的继承抖动造成的。当LTC1062用作环路滤波器时,电路的抖动对应于0.12%的频率误差。这足以驱动0.3%精度开关电容滤波器的时钟输入,如LTC1059A或LTC1060A。


图3 c、LTC1062作为环路滤波器时锁相环的瞬态响应。VCO输出频率为6kHz, ÷N = 100。抖动减小为VCO的内部抖动


图3 d、LTC1062作为环路滤波器时锁相环的抖动。VCO输出频率为6kHz, ÷N = 100。抖动减小为VCO的内部抖动


图4、用于锁相环的低通R、C滤波器示例

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