超小尺寸nanoPower 4-Bump比較器：MAX40002 - MAX40005及MAX40012 - MAX40015的深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)于小型化、低功耗且高性能的器件需求日益增長(zhǎng)。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討Analog Devices推出的MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015系列nanoPower 4 - Bump比較器。這些器件以其超小尺寸和出色性能，在眾多便攜式電子應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)。

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一、器件概述

MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015是單比較器，非常適合對(duì)電路板空間和功耗要求極高的便攜式電子應(yīng)用，如手機(jī)、媒體播放器和筆記本電腦等。它們提供兩種封裝形式：微型4 - bump晶圓級(jí)封裝（WLP），尺寸僅為0.73mm x 0.73mm，小到堪比兩個(gè)0402電阻；以及5引腳SOT23封裝。

該系列器件的供電電壓范圍為1.7V至5.5V，無(wú)論是采用VCC還是外部VREF供電均可。其供電電流僅為500nA，輸入電壓范圍為0.1V至5.5V，且與供電電壓無(wú)關(guān)。即使在斷電（VCC或外部VREF = 0V）時(shí)，輸入仍能保持高阻抗。此外，內(nèi)部濾波功能使其具備高射頻抗擾性。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

2.1 封裝優(yōu)勢(shì)

超小尺寸的0.73mm x 0.73mm 4 - Bump WLP和5引腳SOT23封裝，極大地節(jié)省了電路板空間，對(duì)于追求小型化設(shè)計(jì)的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)是理想之選。

2.2 低功耗特性

超低的500nA工作電流，能有效延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間，尤其適用于需要比較器持續(xù)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用場(chǎng)景。

2.3 寬供電范圍

1.7V至5.5V的供電范圍，使其可以在1.8V、2.5V、3V和5V系統(tǒng)中穩(wěn)定工作，增強(qiáng)了器件的通用性和適應(yīng)性。

2.4 寬輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為0.1V至5.5V，外部REF范圍為1.7V至5.5V，為設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

2.5 多種內(nèi)部參考電壓

提供0.2V、0.5V、0.9V和1.222V多種工廠微調(diào)的參考電壓選項(xiàng)，節(jié)省了外部參考源的空間和成本。

2.6 高速響應(yīng)

9μs的傳播延遲，能快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化，滿(mǎn)足對(duì)速度有較高要求的應(yīng)用。

2.7 寬溫度范圍

在 - 40°C至 + 125°C的溫度范圍內(nèi)均可正常工作，適用于各種不同的應(yīng)用環(huán)境。

三、電氣特性

3.1 電源相關(guān)特性

• 供電電壓范圍：1.7V至5.5V，能適應(yīng)多種電源系統(tǒng)。在不同電源電壓下，器件的性能保持穩(wěn)定。
• 供電電流：在VIN > 0且VOUT = low，無(wú)輸出或參考負(fù)載電流，TA = - 40°C至 + 125°C的條件下，供電電流最大為1.3μA，體現(xiàn)了其低功耗特性。

3.2 輸入特性

• 輸入電壓范圍：TA = + 25°C和TA = - 40°C至 + 125°C時(shí)，輸入電壓范圍為0.1V至5.5V，保證了在較寬的電壓范圍內(nèi)正常工作。
• 輸入失調(diào)電壓：在外部VREF供電時(shí)，在不同溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓有相應(yīng)的指標(biāo)，如在TA = - 40°C至 + 85°C時(shí)，最大為27mV。
• 輸入偏置電流：在不同溫度和輸入電壓范圍內(nèi)，輸入偏置電流有一定的變化，如在TA = - 40°C至 + 85°C時(shí)，最大為30nA。

3.3 輸出特性

• 輸出電壓擺幅：輸出電壓擺幅低（VOL）在灌電流2mA時(shí)，相對(duì)于GND最大為0.4V；輸出電壓擺幅高（VOH）在拉電流1mA時(shí)，相對(duì)于VCC最大為0.4V。
• 輸出泄漏電流：開(kāi)漏輸出在特定條件下，輸出泄漏電流最大為100nA。
• 傳播延遲：不同的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓和輸出類(lèi)型下，傳播延遲有所不同，如100mV過(guò)驅(qū)動(dòng)時(shí)，推挽輸出從低到高為25μs。

3.4 內(nèi)部參考電壓

不同型號(hào)的器件在不同溫度下有特定的內(nèi)部參考電壓范圍，例如MAX4000 02 +在TA = + 25°C時(shí)，典型值為200mV，在TA = - 40°C至 + 125°C時(shí)，范圍為174mV至226mV。

四、典型工作特性

通過(guò)一系列圖表展示了器件在不同條件下的工作特性，如供電電流與輸出轉(zhuǎn)換頻率、輸出電壓與灌電流、輸入偏置電流與輸入偏置電壓、傳播延遲與輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)等關(guān)系。這些特性曲線有助于工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中更好地了解器件的性能，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。例如，從供電電流與輸出轉(zhuǎn)換頻率的曲線可以看出，隨著輸出轉(zhuǎn)換頻率的增加，供電電流也會(huì)相應(yīng)變化，工程師可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的工作頻率，以平衡功耗和性能。

五、引腳配置與描述

5.1 引腳配置

WLP封裝和SOT23封裝的引腳配置有所不同，但都包含關(guān)鍵的引腳，如OUT（比較器輸出）、IN（比較器輸入）、VCC/REF（供電電壓/外部參考電壓輸入）和GND（地）。

5.2 引腳描述

• OUT：比較器輸出，MAX40002/MAX40003和MAX40012/MAX40013為開(kāi)漏輸出，需要外接上拉電阻；MAX40004/MAX40005和MAX40014/MAX40015為推挽輸出，無(wú)需外接上拉電阻。
• IN：比較器輸入，MAX40002/MAX40004和MAX40012/MAX40014為同相輸入，MAX40003/MAX40005和MAX40013/MAX40015為反相輸入。
• VCC/REF：對(duì)于有內(nèi)部電壓參考的器件，是供電電壓；對(duì)于無(wú)內(nèi)部參考的器件，既是外部參考輸入，也是供電電壓。使用時(shí)需在該引腳與GND之間靠近器件處連接一個(gè)0.1μF的電容進(jìn)行旁路。
• GND：接地引腳，為器件提供參考電位。

六、詳細(xì)工作原理與應(yīng)用

6.1 輸入級(jí)電路

MAX40002/MAX40004和MAX40012/MAX40014的同相輸入，當(dāng)輸入電壓大于參考電壓時(shí)，輸出為高；MAX40003/MAX40005和MAX40013/MAX40015的反相輸入，當(dāng)輸入電壓大于參考電壓時(shí)，輸出為低。其創(chuàng)新的輸入級(jí)架構(gòu)允許輸入電壓超過(guò)VCC幾伏（受絕對(duì)最大額定值限制），且在斷電時(shí)仍能保持高輸入阻抗，有利于實(shí)現(xiàn)靈活的節(jié)能方案。同時(shí)，片上濾波功能可有效抵抗輸入走線拾取的射頻噪聲，內(nèi)部溫度補(bǔ)償、低功耗的電壓參考提高了電源抑制比（PSRR）。

6.2 輸出級(jí)結(jié)構(gòu)

MAX40002 - MAX40003和MAX40012/MAX40013的開(kāi)漏輸出結(jié)構(gòu)，可與不同供電電壓的邏輯電路接口，需要外接上拉電阻或電流源；MAX40004 - MAX40005和MAX40014/MAX40015的推挽輸出級(jí)可同時(shí)吸收和提供電流，無(wú)需外接上拉電阻。

6.3 應(yīng)用信息

• VCC/REF旁路：在VCC/REF與GND之間靠近器件處放置一個(gè)0.1μF的電容，可減少開(kāi)關(guān)事件時(shí)從電源軌汲取的電流尖峰。
• 滯回操作：器件具有典型8mV的內(nèi)部滯回，可提高抗噪能力和無(wú)毛刺操作。對(duì)于同相輸入的器件，可通過(guò)外接正反饋網(wǎng)絡(luò)增加額外的滯回；而對(duì)于反相輸入的器件，使用外部參考時(shí)不建議增加額外滯回，使用內(nèi)部參考時(shí)無(wú)法增加額外滯回。
• 自適應(yīng)信號(hào)電平檢測(cè)器：MAX40002/MAX40012和MAX40003/MAX40013可作為自適應(yīng)信號(hào)電平檢測(cè)器，將DAC輸出電壓輸入到REF，輸入連接到可變信號(hào)電平，通過(guò)改變DAC輸出電壓，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的信號(hào)電平閾值檢測(cè)。

6.4 典型工作電路

文檔中給出了不同型號(hào)器件與微控制器連接的典型工作電路，清晰展示了器件在實(shí)際應(yīng)用中的連接方式，為工程師的設(shè)計(jì)提供了參考。

七、選型與訂購(gòu)信息

7.1 選型指南

通過(guò)一個(gè)表格詳細(xì)列出了各型號(hào)器件的內(nèi)部參考電壓、輸入類(lèi)型、輸出類(lèi)型和頂層標(biāo)記等信息，方便工程師根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的器件。例如，如果需要同相輸入、開(kāi)漏輸出且內(nèi)部參考電壓為0.2V的器件，可選擇MAX40002ANS02 + T。

7.2 訂購(gòu)信息

表格中列出了各型號(hào)器件的溫度范圍和引腳封裝信息，同時(shí)標(biāo)注了部分未來(lái)產(chǎn)品需聯(lián)系廠家確認(rèn)可用性?！?em> ”表示內(nèi)部參考電壓級(jí)別，無(wú)“ ”的器件使用外部參考電壓作為供電電壓。

八、總結(jié)

MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015系列比較器以其超小尺寸、低功耗、寬供電范圍、多種內(nèi)部參考電壓等優(yōu)勢(shì)，為便攜式電子應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，結(jié)合器件的電氣特性、引腳配置和工作原理，選擇合適的器件，并合理設(shè)計(jì)電路，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和可靠性。你是否在設(shè)計(jì)中使用過(guò)類(lèi)似的比較器呢？在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些問(wèn)題？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。