原创 MXT10通用单片双开关电容滤波器

一． 概述

MXT10由两个独立的、极易使用的、通用型CMOS有源滤波器组成。每个有源滤波器加上外部时钟和3~4个电阻便可产生各种二阶函数。每个有源滤波器有三个输出端，其中之一可用来执行全通、高通或陷波功能，其余两个则用来执行低通和带通功能。低通和带通二阶函数的中心频率可以直接由时钟频率所决定，也可以同时由时钟频率和外部电阻比所决定。陷波和全通函数的中心频率直接由时钟频率所决定，而高通的中心频率则由电阻比和时钟两者所决定。将MXT10中的两个模块级联即可实现四阶函数的滤波。要得到四阶以上函数的滤波则可通过多个MXT10集成块级联而得到。任何经典的滤波器型式（如巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫等）均可形成。其主要特点为：

极易使用；

时钟与中心频率之比的精度为0.6%；

滤波器截止频率稳定性直接与外部时钟的质量相联系；

对外部元件的变化不敏感；

高通（或陷波或全通）、带通、低通输出是分开的；

f₀×Q范围高达200kHz；

最高工作频率30kHz。

一． 绝对最大额定值

电源电压                       ±7V           贮存温度                       +150℃

耗散功率                     500mw          引线焊接温度（10s）            +255℃

工作环境温度             -40～+85℃

二． 电特性（完整的滤波器）V_S=±5V，T_A=+25℃

参   数

条   件

最小值

典型值

最大值

单位

频率范围

时钟与中心频率之比

f_CLK/f_O

MXT10C

Q精度（Q与理想连续滤波器之偏差）

MXT10C

f_O温度系数

DC低通增益精度

最大时钟频率

电源电流

f_O×Q<200kHz

12脚高，Q=10

f_O×Q<50kHz，注）

12脚高，注）

f_O×Q<100kHz，f_O<5kHz

12脚高(～50：1)，

12脚为电源值的一半

(～100：1)

f_O×Q<100kHz，注）

外部时钟与温度无关

R₁=R₂=10kΩ，注）

20

1

30

49.94±0.2%

±2%

±10

±100

1.5

8

±1.5%

±6%

±2

10

kHz

ppm/℃

ppm/℃

%

MHz

mA

注）工作模式见典型应用1：陷波、带通、低通输出（f_notch=f_o）。

电特性（内部运算放大器）T_A=+25℃

参   数

条   件

最小值

典型值

最大值

单位

电源电压

电压摆幅（1、2、19、20脚）

MXT10C

电压摆幅（3、18脚）

MXT10C

输出短路电流

流出

吸入

运算放大器增益带宽乘积

运算放大器转换速率

V_S=±5V，R_L=5kΩ

V_S=±5V，R_L=3.5kΩ

V_S=±5V

±4

±3.2

±3.2

±5

±3.7

±3.7

3

1.5

2.5

7

V

V

V

mA

mA

MHz

V/μs

一． 电路应用说明

1．开关电容滤波器术语定义

f_CLK：开关电容滤波器外部时钟频率。

f_O：第二阶函数复数极点对的频率中心值。fo在每个?MXT10的带通输出端测得，它是带通峰值出现处的频率。

Q：第二阶函数复数极点对的品质因子。Q也在每个?MXT10的带通输出端测得，它是fo与二阶带通滤波器-3dB带宽之比。Q值不在低通或高通输出端进行测量，但该值与上述输出可能的最大幅值有关。

H_OBP：带通输出在f=f₀时的增益（单位是V/V）。

H_OLP：当f→0Hz时每个?MXT10的低通输出增益（单位是V/V）。

H_OHP：当f→f_CLK/2时每个?MXT10的高通输出增益（单位是V/V）。

Q_Z：第二阶函数复数零点对存在时的品质因子（在寻求全通输出时采用参数Q_Z，Q_Z与Q不同，是不能直接测量的）。

f_Z：第二阶函数复数零点对存在时的中心频率。如f_Z与f_O不等和Qz很高时，则f_Z在全通输出端可作为陷波频率被观察到。

f_陷波：在MXT10陷波输出观察到的陷波频率。

H_ON1：当f→0Hz时陷波输出增益。

H_ON2：当f→f_CLK/2时陷波输出增益。

2．关于V_A⁺、V_D⁺、V_A^-、V_D^-连接方式

由于IC内部衬底是通的，因此V_A⁺、V_D⁺应由同一电源驱动。它们分别引出是为了在需要时可用各自的旁路电容。也可将它们连接在一起仅用一个旁路电容。V_A^-、V_D^-连接方式同V_A⁺、V_D⁺。

3．LSh端使用

LSh电平位移端；为不同的时钟电平提供双电源或单电源操作。±5V双电源时，MXT10可用CMOS时钟电平（±5V）来驱动，LSh应接到系统地或负电源端。如仍使用上述相同电源但采用由0V～5V电源获得的T²L时钟电平，LSh端应接到系统地。对于单电源操作（0V和10V），V_D^-和V_A^-端应接到系统地，AGND端应偏置到5V，LSh端也应接到系统地。这使CMOS和T²L两种时钟电平均可被接受。

4．对时钟输入脉冲要求

CLK（A和B） 每个开关电容滤波器模块的时钟输入端。两端必须为相同电平（T²L或CMOS），时钟占空比最好应接近50%。特别在采用200kHz以上时钟频率时更是如此。这考虑到了运算放大器稳定以产生最佳滤波器效果的最大时间。

5．50/100/CL的连接方式

50/100/CL端为高时，可得到50：1的时钟与滤波器中心频率之比。将该端接在电源值的中间（即双电源时的模拟地）可使滤波器工作在100：1的时钟与中心频率比。当该端为低时，就触发简单的限流电路使全部电源电流限制到2.5mA左右，这时滤波作用就停止。

6．S_A/B的作用

S_A/B端驱动一个开关，使滤波器的第二加法器的一个输入端或接到模拟地（S_A/B低到V_A^-）或接到电路的低通输出端（S_A/B高到V_A⁺），这使IC具有不同工作模式中的灵活性。S_A/B有防静电放电保护。

7．输出电流能力

LP和BP输出端一般能吸入1mA电流和流出3mA电流。N/AP/HP输出端一般能吸入1.5mA电流和流出3mA电流。

8．AGND模拟地端

双电源工作时应接到系统地，单电源工作时偏置在电源中间值。滤波器运放的正输入端都接到AGND端，因此，强迫处于“干净”地。AGND端有防静电放电保护。

9．MXT10的失调

MXT10开关电容积分电路的等效输入失调大于典型的分立有源滤波器的RC积分器。这些失调是因开关对集成电容器进行寄生电荷注入所引起的，与温度和时钟频率无关，而且发现其极性在各部分一致。CMOS运算放大器的输入失调也加入在总的失调里，但影响甚微。在大多数应用场合中，输出是采用交流耦合的，直流失调不构成影响。如果将大输入电压信号加给滤波器，则输出可能出现饱和，特别是在高Q值情况下会出现几伏直流失调，需要进行失调调整。