高频有源低通滤波器设计

原创于 2025-10-20 03:49:56 发布 · 378 阅读

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引言

高频（1兆赫或更高）有源低通滤波器现在已成为无源LC滤波器的实用替代方案，这主要得益于具有极高带宽（100兆赫或更高）的集成放大器的可用性。在兆赫区域带宽的模拟信号滤波应用可通过使用电阻、电容和400MHz运算放大器（如LT1819）的分立有源滤波电路实现，或者采用完全集成的低通滤波器LT6600‐10。LT6600‐10具有固定的10兆赫频率响应，相当于四阶平坦通带切比雪夫函数。基于LT1819的有源RC低通滤波器可设计为具有切比雪夫、巴特沃斯、贝塞尔或自定义频率响应（最高达20兆赫）。

LT6600‐10低通滤波器

LT6600‐10🟥是一款完全集成的差分四阶低通滤波器，采用表面贴装SO‐8封装（图467.1）。两个阻值范围为1600Ω至100Ω的外部电阻设定滤波器通带中的差分增益分别从-12dB变为12dB。LT6600‐10的通带增益波动最大为0.7dB至-0.3dB，频率高达10兆赫，衰减在30兆赫时典型值为28dB，在50兆赫时为44dB。当通带增益等于1时，滤波器输出端的信噪比（SNR）为82dB，对应2VP–P信号（该信噪比适用于高达14位的分辨率）。除了低通滤波外，LT6600‐10还可以对输入共模信号进行电平偏移。例如，在单3V电源下，如果输入共模电压为0.25V，则输出共模电压可设置为1.5V。LT6600‐10可采用单3V或5V或双5V电源供电。

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基于LT1819的RC低通滤波器

LT6600‐100极大地简化了低通滤波器设计，因为它仅需两个外部电阻即可设置差分增益，但其通带是固定的。若需要更高的灵活性，LT1819 400MHz、高转换速率、低噪声和低失真的双运算放大器是一个不错的选择。图467.22展示了一个使用两个LT18199的差分、10兆赫、四阶低通滤波器。该方法允许通带可调至高达20MHz，但代价是需要大量无源和有源器件，并且对器件值的变化高度敏感。例如，对图467.2🟥进行的器件灵敏度分析表明，为了保持与L T6600‐10🟥相似的通带纹波（±0.5dB，直至10兆赫），电阻的器件容差不得超过±0.5%，电容的器件容差不得超过1%。此外，LT18199的增益带宽积不应低于300MHz。如果希望实现巴特沃斯、贝塞尔或自定义滤波器响应，则±1%%的电阻和🟥±5%🟥的电容即可满足要求。这类滤波器比“平坦”通带的切比雪夫滤波器具有更低的灵敏度。基于LT18199的滤波器可采用单5V或双5V电源供电（对于单3V电源供电的滤波电路，可使用🟥LT1807，即双325MHz轨到轨运算放大器）。

用于差分50兆样本每秒模数转换器的10兆赫抗混叠滤波器

基于LT6600‐10或LT1819的10兆赫低通滤波器可为高速模数转换器（如LT1744，50兆样本每秒、差分输入模数转换器）提供足够的阻带衰减，以降低其输入端的混叠信号。图467.3显示了LT6600‐10和基于LT1819的10兆赫滤波器的增益响应。为了实现足够的阻带衰减，基于LT1819的滤波器被设计成在20兆赫处比LT6600‐10滤波器具有更高的衰减。在40兆赫以上，LT1819电路的阻带衰减受到印刷电路杂散路径和差分元件失配的限制，导致高频下共模抑制下降，衰减被限制在-42dB。而完全集成的LT6600‐10滤波器的阻带衰减在40兆赫以上仍持续增加。图467.4展示了由LT6600‐10与LT1744🟥14位模数转换器处理的1兆赫、2VP–P差分正弦波在直流到10兆赫范围内的结果图。这些图是采用每秒5000万个样本的速率对1兆赫正弦波进行数字化后得到的平均4096点快速傅里叶变换。当使用基于LT1819的滤波器与LT1744配合时，图467.4中的1兆赫谐波失真几乎相同。在10兆赫带宽内，LT6600‐10与LT1744电路测得的信噪失真比为74.5dB，基本等于LT1744模数转换器的动态范围（对于2VP–P信号，最小值为75.5dB）。基于LT1819的滤波器是稍显嘈杂；LT1819🟥加LT17444电路测得的信号噪声比加失真为71.5dB。