LMF100 高性能双开关电容滤波器

一般说明

LMF100由两个独立的通用高性能开关电容滤波器。有一个外部时钟和2到4个电阻，各种二阶和每个滤波器可实现一阶滤波功能封锁。每个模块有3个输出。一个输出可以配置为执行全通、高通或陷波功能。另外两个输出执行带通和低通功能。每个滤波器级的中心频率被调谐使用外部时钟或时钟与电阻比的组合。一个四阶双二次函数可以用一个LMF100重新实现。更高阶的过滤器是通过简单地级联额外的包来实现的，并且经典滤波器（如巴特沃斯、贝塞尔、椭圆和切比雪夫）可以实现。LMF100是在美国国家半导体公司的high性能模拟硅栅CMOS工艺，LMCMOS™. 这允许生产一个非常低的off  set，高频滤波器构建块。LMF100是引脚与行业标准MF10兼容，但pro提供了极大的改进性能。

特征

宽4V至15V电源范围

工作频率高达100 kHz

低偏移电压：通常（50:1或100:1模式）：Vos1=±5 mV

Vos2=±5毫伏

Vos3=±5毫伏

低串扰-60分贝

典型的时钟中心频率比精度±0.2%

f0 x Q范围高达1.8兆赫

针与MF10兼容

绝对最大额定值（注1）

（注14）电源电压（V+–V负极）)16伏

任何引脚电压V++0.3V

电压--0.3V

任何引脚的输入电流（注2）5毫安

封装输入电流（注2）20毫安

功耗（注3）500兆瓦

储存温度150 303C

静电放电耐受性（注11）2000V

焊接信息

N包：10秒。260摄氏度

J包：10秒。300摄氏度

所以包装：

气相（60秒）215℉

红外线（15秒）220摄氏度

见AN-450“表面安装方法及其效果

关于产品可靠性的其他方法（附录D）

焊接表面安装装置。

工作额定值（注1）

温度范围TMIN≤TA≤TMAX

LMF100CCN 0度数C≤TA≤+70度数C

LMF100CIWM−40°C≤TA≤+85°C

电源电压4V≤V+——V-——15V

电气特性

以下规格适用于模式1，Q=10（R1=R3=100k，R2=10k），V+=+5V和V-=-5V，除非另有说明

明确规定。黑体限值适用于TMIN至TMAX；所有其他限值TA=TJ=25摄氏度。

电气特性

以下规范适用于模式1，Q=10（R1=R3=100k，R2=10k），V+=+2.50V和V-=-2.50V，除非另有规定。黑体限值适用于TMIN至TMAX；所有其他限值TA=TJ=25摄氏度。

逻辑输入特性

黑体限值适用于TMIN至TMAX；所有其他限值TA=TJ=25摄氏度。

注1：绝对最大额定值表示设备可能损坏的极限。工作额定值表示设备处于的工作状态。然而，这些评级并不保证特定的性能限制。有关保证的规范和试验条件，请参见特点。保证规范仅适用于列出的试验条件。当设备在所列测试条件下不工作时，某些性能特性可能降低。

注2：当任何引脚上的输入电压（VIN）超过电源轨（VIN<V-或VIN>V+）时，应限制该引脚上电流的绝对值小于等于5毫安。驱动超过电源电压的所有管脚的电流总和不应超过20毫安。

注3：最大功耗必须在高温下降低，并由TJMAX、θJA和环境温度TA决定。最大值任何温度下的允许功耗为PD=（TJMAX-TA）/θJA或绝对最大额定值中给出的数值，以较低者为准。对于这个设备，TJMAX=125 303C，安装板时LMF100CIN的典型结对环境热阻为55 303C/W。对于LMF100CIWM，该数字为66摄氏度/瓦。

注4：Q值的精度是中心频率（f0）的函数。这在标题“典型性能特征”下的曲线中有说明。

注5:Vos1、Vos2和Vos3指应用信息第3.4节中讨论的内部偏移。

注6：内部滤波器段之间的串扰是通过在一个带通滤波器段输入端施加一个VRMS 10 kHz信号并将输入端接地来测量的

另一个带通滤波器部分。串扰是接地滤波器部分的输出与另一部分的1 VRMS输入信号之间的比率。

注7：测量短路源电流的方法是强迫被测输出达到其最大正电压摆幅，然后将该输出短路负电源。通过强迫被测输出电压达到最大负电压摆幅，然后短路来测量短路吸收电流输出到正电源。这是最坏的情况。

注8：典型值为25∏C，代表最有可能的参数范数。

注9：测试限值保证达到国家的AOQL（平均出厂质量水平）。

注10：设计限值保证达到国家的AOQL（平均出厂质量水平），但不是100%测试。

注11：人体模型，100 pF通过1.5 kΩ电阻放电。

注12：在50:1模式下，输出噪音高3分贝。

注13：在50:1模式下，时钟馈通高出6分贝。

注14：可根据要求提供军用RETS规范

管脚说明

低压（1,20），血压（2,19），N/AP/HP（3,18）二阶低通，带通和陷波/全通/高通输出。这些输出通常会摆动当驱动5kΩ负载。为了达到最佳效果性能，电容负载在这些输出上最小化。对于信号频率15千赫以上的电容装载应保持在下面30磅力。

INV（4,17）的反向输入对每个过滤器的opamp求和。这些是高阻抗输入。非反转输入为内部与AGND相连，因此opamp只能用作反向放大器。

S1（5,16）S1是用于模式1b、4和5。输入阻抗为1/fCLK x 1 pF。这个应使用源驱动管脚阻抗小于1 kΩ。如果S1不是用信号驱动的应该和AGND联系在一起（中间供应）。

SA/B（6）该引脚激活一个开关连接每个过滤器的第二个夏天AGND（SA/B连接到V-）或者对低通（LP）输出（SA/B连接到五+ 这提供了灵活性需要在中配置筛选器它的各种运作模式。弗吉尼亚州+（7） （注15）这是模拟和数字正供给。虚拟磁盘+（8） （注15）该销子需要系在V上+除非设备要在一个5V电源上运行采用TTL级时钟。为了5V，TTL操作，VD+接地（0V）。

弗吉尼亚州

（14） ，虚拟磁盘-

（13） 模拟和数字负极补给。弗吉尼亚州VD-应该是来源相同。他们被带出来了被单独的电容器旁路，如果需要的话。他们也可以被捆绑一起从外部绕过只有一个电容器水平移动销。这习惯了适应不同的时钟电平双电源或单电源操作。带双±5V电源和CMOS（±5V）或TTL（0V–5V）时钟电平，LSh应与系统接地。

对于0V–10V单电源操作AGND pin应该是偏置在+5V和LSh引脚应该和系统联系在一起TTL时钟电平接地。LSh公司应在+5V偏置±5V

CMOS时钟电平。LSh引脚与系统相连接地，进行±2.5V操作。为了单5V操作LSh和VD+管脚与系统相连TTL时钟电平接地。两个开关的CLK（10,11）时钟输入电容滤波器部分。单极的或双极时钟电平应用于CLK输入根据程序施加到LSh引脚的电压。时钟的占空比应接近50%，特别是当时钟频率高于200千赫使用。这使得最长内部时间要解决的问题最佳过滤性能。50/100（12）（注15）

把这个针绑在V+a 50:1钟上滤波中心频率比为获得。把这个别针系在中间电源（即系统接地带双电源）或至V-允许过滤器以100:1的比例运行时钟中心频率比。AGND（15）这是模拟接地引脚。此插脚应连接到双电源系统接地运行或偏重于中间供给用于单电源操作。为了一个中期供应的再探讨偏压技术参见应用程序信息（部分3.2条）。最佳过滤器执行“干净”地面必须提供。

注15：此设备与MF10兼容，但以下更改：

1.与MF10不同，LMF100有一个正电源引脚（VA+）。

2.在LMF100上，VD+是一个控制引脚，不是数字正电源在MF10上。

3.与MF10不同，LMF100不支持限流模式。当50/100引脚连接到V-时，LMF100将保持在100:1模式。

1.0术语定义

fCLK：应用于pin的外部时钟信号的频率10或11。

f0：二阶函数复形的中心频率杆对。f0在

LMF100，是最大带通增益的频率。（图1）。

fnotch：最小（理想为零）增益频率陷波输出。

fz：二阶复数零点的中心频率配对，如果有的话。如果fz与f0不同，如果Qz很高，它可以是在全通输出时观察到的缺口频率。（图13）。

Q： 二阶滤波器的“品质因数”。Q是在LMF100的带通输出，等于f0除以通过二阶带通滤波器的-3db带宽（图1）。Q的值决定了二阶的形状过滤响应，如图6所示。二阶复数零对的品质因数，如果有的话。QZ与全通特性有关，即书面：

其中，QZ=Q表示全通响应。

HOBP：f=f0时带通输出的增益（V/V）。HOLP：低通输出的增益（V/V），f→0赫兹（图2）。

HOHP：高通输出的增益（V/V）为f→fCLK/2（图3）。

HON：陷波输出的增益（V/V）为f→0 Hz和f→fCLK/2，当陷波滤波器的增益大于和等于低于中心频率（图4）。当低频增益不同于高频增益，如在模式2和3a（图10和图12）中，使用下面的两个圈代替HON。喇叭1：陷波输出的增益（V/V）为f→0赫兹。

HON2：陷波输出的增益（V/V）为f→fCLK/2。

设计实例

为了使用LMF100设计滤波器，我们必须定义三个参数的必要值二阶段：f0，滤波段的中心频率；H0，通带增益；和滤波器的Q。这些由滤波器所需的特性决定。例如，假设系统需要具有1db纹波的四阶切比雪夫低通滤波器直流增益，1000赫兹截止频率。由于系统或顺序是四，因此可以使用两个二阶部分来实现一辆LMF100的。许多过滤器设计文本（和国家的开关电容滤波器手册）包括合成给定高阶滤波器所需的每个二阶滤波器段的特性（f0和Q）。对于上面定义的切比雪夫滤波器，这样的表产生以下特征：

f0A=529赫兹QA=0.785

f0B=993赫兹QB=3.559

对于直流单位增益，我们还规定：H0A=1 H0B=1

本例的整体滤波器的期望时钟与截止频率比为100，并且100 kHz时钟信号可用。注意，这两种情况所需的中心频率二阶截面将无法通过时钟与中心频率之比为50或100。有必要调整

外部。从表1可以看出，模式3可以用于制作中心频率可调的低通滤波器。在大多数涉及多个二阶级的滤波器设计中，最好将Q值较低的阶段放在Q值较高的阶段，特别是当Q值较高时大于0.707。这是由于在高Q级的中心频率处的相对增益较高。把舞台放低高Q级之前的Q将在中心频率，因此有助于避免信号的削波接近这个频率。在本例中，阶段A的Q（0.785），所以它将放在另一个阶段之前。在第一部分中，我们首先选择输入电阻的变化值：R1A=20k。通带增益HOLPA的绝对值等于1选择R4A，以便：R4A=-HOLPAR1A=R1A=20k50/100/CL销连接到中间电源100:1时钟与中心频率比，我们通过以下公式计算出R2A：

完整电路如图19所示，适用于分体式±5V电源。电源旁路电容器推荐

单电源操作

LMF100也可以使用单端电源供应。图20显示了带有单端电源。VA+和VD+再次连接到正极电源（4到15伏），VA-VD-接地。AGND引脚必须是绑定到V+/2个用于单电源操作。这个半补给点应该非常“干净”，因为上面出现的任何噪音作为过滤器的输入。它可以从带有一对电阻器和一个旁路电容器的电源电压（图21a），或者低阻抗半电源电压可以是使用三端稳压器或运算放大器制成（图21b和图21c）。带旁路电容器的无源电阻分压器足以满足许多应用程序，前提是时间常数足够长排除电源噪音。同样重要的是半电源参考向时钟提供低阻抗频率，所以在非常低的时钟频率下，调节器或运放方法可能更可取，因为它们需要更小的电容器来过滤时钟频率。这个主电源电压应干净（最好是调节的），并用0.1μF旁路。

动态考虑

LMF100的最大信号处理能力，如任何有源滤波器的电压都受到所用电源电压的限制。LMF100中的放大器能够摆动到在电源的1伏范围内，所以输入信号必须保持足够小，没有一个输出会超过这些限制。如果LMF100在±5伏电压下工作，对于ex  sample，输出将在大约8Vp-p时停止。因此，输入电压乘以滤波器增益的最大值应为小于8Vp-p。注意，如果滤波器Q值高，则低通处的增益或高通输出将远远大于标称滤波器增益（图6）。例如，Q为的低通滤波器10在f0处的振幅响应将有20db的峰值。如果滤波器的标称增益（HOLP）等于1，在f0将是10。因此，f0处的最大输入信号必须当电路运行在±5时，小于800 mVp-p电压供应。还要注意，一个输出可以有一个合理的小电压，而另一个是饱和的。这很可能是电路，如模式1中的陷波。在f0处的缺口将非常小，因此应用输入信号大。然而，带通将有它的在f0时的最大增益，如果过驱动，可以剪裁。如果一个输出剪辑，其他输出的性能会降低，因此，避免过度驱动任何过滤段，即使是那些超出不能直接使用看跌期权。峰值电路增益和最大允许信号给定应用程序。

偏置电压

LMF100的开关电容积分器输入偏移电压高于典型的连续时间有源滤波器积分器。由于国家新的LMC  MOS工艺和新的设计技术，内部偏移与行业标准相比，已最小化MF10号。图22显示了LMF100的等效电路从中可以计算出输出直流偏移量。典型的SA/B绑定到V+的这些偏移值为：

VOS1=opamp偏移量=±5 mV

50:1或100:1时的VOS2=？0 mV

VOS3=50:1或100:1时的±15 mV

当SA/B与V-相连时，VOS2将大约减半。这个BP输出处的dc偏移量等于低通积分器（VOS3）。其他输出的偏移量取决于操作模式和电阻比，如在下面的表达式中描述。

在许多应用中，输出是交流耦合的，除非将大信号应用于过滤器输入。然而，较大的偏移电压将导致在较低的交流信号电平下进行削波，并在任何的输出将导致增益非线性，并将改变f0和Q。在模式3下运行时，如果使用R2和R4使fCLK/f0显著高于标称值，则偏移量可能会变得非常大，特别是如果Q也是很高。例如，图23显示了一个二阶60赫兹的缺口过滤。该电路在60赫兹时产生一个约40分贝衰减的凹口。缺口是通过减去带通而形成的使用未使用的B侧运算放大器从输入输出模式3配置。Q为10，增益为1v/V通频带。但是，fCLK/f0=1000以允许广泛的输入光谱。这意味着，对于连接到地上的针脚12（100:1模式），R4/R2=100。低通输出端（LP）的偏移电压约为3V。然而，这是一个极端情况电阻比通常要小得多。如有必要，可使用图24。这允许调整VOS1，它将对不同输出的不同影响，如以上方程式。有些输出不能这样调整然而，在某些模式下（在模式1a和3中为VOS（BP）），对于示例）。

采样数据系统注意事项

LMF100是一个采样数据滤波器，因此不同于从传统的连续时间滤波器的许多方法。采样数据系统的一个重要特征是它们的影响频率大于采样一半的信号频率。（LMF100的采样频率相同如果一个信号的频率大于超过一半的采样频率应用于输入对于采样数据系统，它将被“反射”到一个频率不到采样频率的一半。因此，输入频率为fs/2+100hz的信号将使系统响应，如同输入频率为fs/2-100赫兹。这种现象被称为“别名”，并且可以通过限制输入信号来减少或消除光谱小于fs/2。在某些情况下，这可能需要在LMF100之前使用带宽限制滤波器限制输入频谱。但是，由于时钟频率比中心频率高得多，通常不会是必要的。采样数据电路的另一个特点是每采样一次，输出信号都会改变幅度，导致输出电压出现“阶跃”现象时钟频率（图25）。如有必要，这些可以在LMF100使用简单的R-C低通滤波器“平滑”输出。fCLK与fc的比率（通常为50:1或100:1）也将影响性能。100:1的比率将减少任何混叠问题，通常建议用于宽带输入

应用程序信息（续）

信号。在噪声敏感的应用中，100:1的比率将对于相同的滤波器配置，输出噪声降低3db。fCLK/f0比率的精度取决于Q、 这在“典型”标题下的曲线中有说明性能特性”。当Q改变时，真的比率的值也会改变。除非Q值很低fCLK/f0中的错误将很小。如果错误对于特定应用程序来说太大，请使用允许使用外部电阻器调整电阻的模式。