工频陷波器

4 5 6 7
GND V+ VO RG
技术指标(Qualification)
基本特性： 陷波频率精度： 50±0.05Hz 陷波频率漂移： 不大于 60ppm/℃ 陷波深度（Q=5） ：不劣于-34dB 电源： 电源电压：VCC=±18V ，或 +36V 信号： 输入电压： ±V supply 环境温度： C 级： 0 ~ +70℃ I 级：-40~ +85℃ M 级：-55~ +125℃
附表1：高阶重叠陷波器 Q-Qi-N-Ar 设计速查表1
环境温度：I 级（工业级），下阻带频率：fr1=49.6016 Hz,fr2=50.4016 Hz,下阻带宽 Br=0.8 Hz. N Q 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Q1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Ar1 35.92 29.90 26.38 23.89 21.96 20.38 19.06 17.91 16.91 16.01 15.20 14.47 2 Q2 1.55 3.10 4.65 6.20 7.75 9.30 10.85 12.40 13.95 15.50 17.05 18.60 2 Ar2 64.22 52.19 45.17 40.20 36.37 33.25 30.64 28.39 26.43 24.69 23.13 21.73 3 Q3 1.96 3.92 5.88 7.84 9.80 11.76 13.72 15.68 17.64 19.60 21.56 23.52 3 Ar3 90.22 72.18 61.67 54.25 48.54 43.92 40.05 36.75 33.87 31.34 29.09 27.08 4 Q4 2.30 4.60 6.90 9.20 11.50 13.80 16.10 18.40 20.70 23.00 25.30 27.60 4 Ar4 114.74 90.71 76.72 66.87 59.31 53.21 48.13 43.81 40.07 36.79 33.90 31.33
应用领域（Application Fields）
� � � � 用于模拟信号处理电路中滤 50Hz 工频干扰。 用于工业设备、仪器仪表、传感器、变送器的 模拟信号处理通道中，滤除 50Hz 工频干扰。 用于医疗电子设备、生物电信号提取与处理系 统中滤除 50Hz 工频干扰 用于工业数据采集系统 AD 转换之前的工频噪 声陷波。
引脚
1 2 3
脚名
VINRQ V输入端。
功
能
描
述
RQ值编程脚，与参考地VREF之间接一个电阻RQ可对Q值编程。 双、单电源均接电源低端（VEE或GND）脚，负电源与地之间可接0.1-4.7UF去 耦电容。 信号参考地，双电源时与接电源地相同，单电源时可为Vd/2或V+/2，Vd为信号 动态范围。 双、单电源均接电源高端（VDD）脚，与电源地之间可接0.1-4.7UF去耦电容。 陷波器输出脚。 增益调整。
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低温漂、免调试工频噪声陷波器 F42N50 (V1.0) 从表2立即查到： 表2 Q0 Ai RA RG 陷波模块输出增益为1时的RI、RG速查表： 1 1 0 0 <=2 1/2 20K 20K <4 1/4 62K 62K <=5 1/5 82K 82K <=8 1/8 150K 150K <=10 1/10 180K 180K <=16 1/16 300K 300K <=20 1/20 390K 390K <=32 1/32 620K 620K <=40 1/32 750K 750K
本例要求输出为1，可通过表2查得 第一个模块Q0=15.5，取Ai1=1/16，查得：RG1=RI1=300K。 第二个模块Q0=15.5，取Ai2=1/16，查得：RG2=RI2=300K。 RG2=RI2=RG1=RI1=300K是可行的。但是如果希望尽可能地减小器件引入的噪声，可以利用第 一级已经取得的对噪声的衰减的成果，由于第一个模块已经对50Hz干扰衰减了12dB,即衰减了 4倍，所以Ai就不必要为1/16,而只须为1/4即可,因此重新查表2： 第二个模块Q0=15.5，取Ai2=1/4，在Ai=1/4列查得：RG2=RI2=60K。 （5） 确定重叠陷波器Q值编成电阻RQi： 计算RQ的公式如下： RQ=R/((2+Ai)*Qi-1) (R=20K) -----------(1) 第一个模块：Ai1=1/16, RQ1=646 第二个模块：Ai2=1/4, RQ2=590 （6）根据环境温度确定器件型号规格： 设计任务中告诉的环境温度是-40～85℃， 即工业级 （I 级） 环境温度， 应选择 I 级器件： F42N50AI （7） 电路图设计 电路图可参考图 6 绘制。 至此，一个由两节 F42N50 构成的四阶重叠陷波器的通过民查表设计完毕。
典型应用电路(Typical Operating Circuit)
实现功能（Realized Function）
� � Q=5，A=1, C 级环境温度范围 Ar>22dB 图1 � � 可方便构成单节二阶陷波器。 可方便构成多节级联的高阶重叠陷波器。 可方便构成单节 Q 值、衰减值程控的陷波器。 可方便构成高阶重叠 Q 值、 衰减值程控陷波器。
将多节电路参数完全相同的二阶陷波器串联起来，就构成了高阶重叠陷波器，其幅频特性频率特性具 有如图8所示的形式，本节介绍这种陷波器的设计方法。
Fp2、fp1---上阻带的上、下截止频率. Fr2、fr1---下阻带的上、下截止频率。 图9
Ap---上阻带最大衰减。 Ar---下阻带最小衰减。
单节或高阶重叠陷波器幅频特性曲线及参数
F42N50
概述 （General Description ）
低温漂 免调试
工频噪声陷波器
特点 (Feature)
� � � � � � � � � � � ±0.1%的中心频率精度，无须用户再调整。 ±60ppm/℃低温漂，极佳的频率温度稳定性 Q 值可通过一个外接电阻调整。 增益为 1，与 Q 值、中心频率无关。 标准 SIP7 模块封装，体积小，环境适应能力 强。 可多节级联方便构成高阶重叠陷波器。 可代替用美国 TI 公司 UAF42 构成的陷波器， 外接元件少，节约成本。 本器件的频率电阻比 UAF42 小 10 倍，相应的 电阻热噪声减小 3 倍。 创新的高阶重叠滤波器查表设计法，几分钟内 可设计出高达八阶的重叠陷波器。 适应于单、双电源电路。 提供不同环境级别：C 级 0～75 ℃，I 级-40~85 ℃，M 级-55～125℃。适应商业级、工业级、 军级电子产品、仪器仪表、测控、传感、医疗 设备、生物电信号提取等领域。
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低温漂、免调试工频噪声陷波器 F42N50 (V1.0)
外形尺寸 (Outline)
引脚配制 (PIN Configuration)
图 2
图
3
C级:Ar=23.1dB;I级:Ar=22dB;M级:Ar=20dB （b）单电源供电
F42N50 工频噪声陷波器典型应用电路 RQ=20K/((2+Ai)Q-1）
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给定器件的环境温度级别（I、C、M）、3dB 带宽 B（=fp2-fp1）、或直接给定 Q 值，要求在下阻带 B2 （=fr2-fr1）内工频衰减不低于 Ar,并且在整个环境温度范围都不能低于此衰减值。同时，在噪声得到有 效拟制的条件下，下阻带应尽可能地窄以便于节约陷波器级联节数。 下面结合一个实例说明如何利用附表1～附表3，表2、附表4，无须笔算而直接查表设计出高达四节重 叠的高阶重叠陷波器。 实例：设计一个 50Hz 陷波器，要求工作温度为-40~85℃，3dB 带宽(上阻带宽度)为 5Hz，下阻带衰减 不小于 20dB，输出增益为 ABR=1。 （1） 确定陷波器的总 Q 值： 根据题意知，3dB 带宽 B=5Hz，中心频率 f0=50Hz，则总的 Q 值：Q=f0/B=50/5=10。 （2） 确定单节陷波器能否达到要求： 根据题目是工作温度查附表 1（I 级温度） ，找到 Q 总=10 这一行，与 N=1、Ar1 所在列，其交 叉处是单节陷波器的衰减 Ar1=16.01dB。 小于设计要求的 20dB.说明单节陷波器达不到要求的 衰减。 （3） 确定重叠陷波器能达到要求的最小节数： 继续在 Q 总=10 的行，和 N=2、Ar2 所在列，其交叉处的数值是 N=2 的两节串联重叠陷波器的 衰减：Ar2=24.69dB，大于设计要求的 20dB，说明两重叠陷波器能够达到设计要求的衰减。 如 果还达不到，再看 N=3 的情况。 （4） 确定衰减电阻RA、增益电阻RG 精确设计衰减电阻Ri、增益电阻RG比较复杂，作为初级设计，假定增益Ao=1，则RA、RG值可
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低温漂、免调试工频噪声陷波器 F42N50 (V1.0)
高阶重叠陷波器设计方法 (Design of High Order Overlap Notch Filter)
规格表达（Specification）
F42 (1) (2) (3) Nxx I （1） （2） (3) F42 ---多输出有源滤波器类。 Nxx ---陷波器， 中心频率为XX Hz 可接受 制的中心陷波频率范围是XX=10Hz-100KHz 环 境 级 别 I--- 工 业 级 （ -40~85 ℃ ） ， M--级 （-55~125℃） ，C--商业级（0-70℃） 。I级为默认 级可省略。 示例： F42N50--50Hz 工频陷波器，工业级环境温度级别。 F42N60I--60Hz 工频陷波器，工业级环境温度别。 F42N50C--50Hz 工频陷波器，商业级环境温度别。 订
F42N50Q 是一种可广泛应用于各种电子产品 中，有效拟制 50Hz 工频干扰的工频噪声陷波器 IC 模块，该产品的突出特点是（1）中心陷波频 率用户免调试。(2) 具有 60ppm/℃的优良温度稳 定性，能够在很宽的温度范围内有效的工作。 （3） Q 值可独立调整，不影响频率和增益 。 （4）增益 为 1，不受频率、Q 值的影响。 （5）SIP7 标准模 块封装。 利用 F42N50 不仅能够方便地构成单节二阶 陷波器，还能够方便地构成高阶重叠陷波器，满 足用户对工频噪声的不同程度的衰减。高阶陷波 器的设计一般比较麻烦，本文提供了一种高阶重 叠陷波器设计方法，该方法能够通过简单查表可 以设计出高达 4 节 F4250 串联的八阶重叠陷波器， 解决了高阶陷波器设计复杂的困难。 F42N50 为提高产品的抗工频干扰性能提供了 技术支持，其性能稳定，使用方便，能大大简化 工程师的电路设计、简化采购和生产中的调试工 艺， 并且小型 SIP7 封装使得产品能适应比较复杂 的工作环境和节约 PCB 板面积，F42N50 值得用户 使用体验。
输入信号频率 通带增益 -3dB 带宽 品质因数
Hale Waihona Puke Baidu
图4
F42N50 测试电路。
应用电路(Application Circuits)
Q=10, Ai=1/10, Ao=1 C级:Ar=17.4dB;I级:Ar=16.1dB;M级:Ar=14.1dB (a)双电源供电 图5
Q=5,
Ai=1/5, Ao=1
低温漂、免调试工频噪声陷波器 F42N50 (V1.0)
Q=10, I级环境温度范围内衰减不低于-20dB（设计参见实例1） 图6 F42N50A 构成的四阶重叠工频陷波电路。RQ=20K/((2+Ai)Q-1）
图7
F42N50 替代 UAF42 构成的二阶工频陷波器电路。
图 8 二阶 Q 值程控工频陷波器电路（可设计为 Q=20、10、5，和信号直通）
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低温漂、免调试工频噪声陷波器 F42N50 (V1.0)
检验测试(Checkup and test)
表1 电源： V+=+5V，V-=-5V f0 AP B Q 50 1 10 5 Hz dB Hz 环境温度：TA=25℃ 输入信号频率 通带增益 -3dB 带宽 品质因数