Circuiti a capacità commutate: il dispositivo LTC1569


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I filtri SC sono implementati, nella quasi totalità delle applicazioni, attorno ad un circuito integrato specifico. Progettare un filtro che usi la tecnologia a capacità commutata significa pertanto in prima istanza selezionare il dispositivo che possieda le caratteristiche idonee a realizzare la curva di risposta che intendiamo ottenere. Per la medesima ragione una volta scelto questo circuito integrato si dovrà fare riferimento al relativo data-sheet, ovvero ai dati tecnici forniti dal produttore, per dimensionare la restante parte dei componenti e le diverse variabili di progetto come la frequenza ed il livello del segnale di clock, il tipo di alimentazione, eccetera.

Con le informazioni fornite in questa serie di pagine si ha a disposizione il background che consente di interpretare i diversi parametri funzionali in modo da optare per il dispositivo SC più adatto, avendo adeguate direttive per scegliere anche le variabili principali e parte del restante circuito come il pre-filtro antialiasing. La parte restante come si è detto risulta specifica del componente impiegato e quindi non è possibile fornire una guida generale all'impiego di questi dispostivi integrati.

In linea di massima è però fattibile disegnare una traccia che proponga una tipica situazione con requisiti di progetto e caratteristiche del dispositivo scelto, un esempio che potrà chiarire il modo di procedere in altre e diverse esigenze:

  • Obiettivo è realizzare un filtro con risposta passa-basso con frequenza di taglio di 1.5 KHz, dinamica minima di 70 dB, elevata pendenza di attenuazione oltre la frequenza di taglio, ottima risposta di fase nella banda passante, alimentazione max 8 Volt, minima complessità circuitale.

  • Adatto è il dispositivo LTC1569-6 prodotto dalla Linear Technology. Un filtro passa-basso di 10° ordine in un contenitore di soli 8 piedini, integra l'oscillatore di clock e quindi non necessità di molti componenti esterni.

Queste le principali caratteristiche con associate delle note relative al progetto definito nel nostro obiettivo:

Parametro Valore Note
Ordine 10 Selettività molto elevata
F0 max 64 KHz @ VCC 3 Volt Ampiamente sufficienti per la nostra frequenza di taglio di 1.5 KHz
Risposta Fase lineare Adatta alle richieste di progetto, consente di non distorcere la fase del segnale da filtrare
G 0 dB Guadagno a frequenza molto inferiore a F0
G1.5 -50 dB tipica Guadagno a 1.5 volte la frequenza di taglio, con questo valore a 2.25 KHz il filtro attenuerà il segnale di ingresso di 50 dB
G2 -60 dB tipica Guadagno a 2 volte la frequenza di taglio, con questo valore a 3 KHz il filtro attenuerà il segnale di ingresso di 60 dB
Clock / F0 64 Rapporto tra la frequenza di clock e la frequenza di taglio. Attenzione, dai dati caratteristici si evince che questo valore dipende da come si utilizzerà il dispositivo, vi sono quindi più opzioni su cui agire per determinare questo importante parametro da cui dipenderà poi il tipo e la complessità del pre-filtro d'ingresso
S/N 82 dB Rapporto segnale rumore, maggiore di quanto richiediamo e questo ci consente di mantenere un margine anche in realizzazioni che non sono progettate ad arte per minimizzare il rumore
Clock Feedthrough 0.1 mVolt rms Residuo del segnale di clock all'uscita
VCC Da 3 a ±5 Volt Tensione di alimentazione. Dato che può essere alimentato con soli 3 Volt abbiamo libertà di scegliere il tipo di alimentazione, si deve verificare però se il rapporto S/N viene mantenuto oltre 70 dB anche per questa tensione oppure è specificato (ad esempio) per ±5 Volt

Naturalmente vi sono altre caratteristiche da considerare. Tra queste il modo di impostare la frequenza di clock che in questo caso può essere esterna da un opportuno oscillatore oppure interna, in relazione al valore di una resistenza. Si deve quindi eventualmente calcolare questa resistenza, predisporre il dispositivo per operare con l'oscillatore interno, verificare dalle caratteristiche se la deriva con la temperatura causa significativi (per la nostra applicazione) slittamenti della frequenza di taglio, eccetera. Di aiuto ci saranno poi i grafici che riportano l'andamento della curva di risposta, il rapporto segnale rumore in funzione della frequenza di segnale, la correte assorbita dal dispositivo in relazione alla tensione di alimentazione.

Oltre a questo si dovrà predisporre il filtro anti aliasing di ingresso ed il post-filtro in uscita. I criteri guida sono descritti in altra pagina mentre per il dimensionamento finale di questi circuiti vi rimandiamo alle sezione che tratta i filtri attivi con amplificatore operazionale. Conosciamo ora meglio il dispositivo LTC1569-6, prototipo di una intera serie di componenti per filtri SC:

Schema a blocchi interno del filtro LTC1569-6

Schema a blocchi interno del filtro LTC1569-6

Curva di risposta del filtro LTC1569-6

Curva di risposta del filtro LTC1569-6 per una frequenza di taglio di 64 KHz

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