高速低功耗單電源比較器MAX9140/9141/9142/9144的特性與應用

在電子工程師的日常設計中，比較器是一個非常重要的基礎元件。今天，我們就來深入探討一下Analog Devices推出的MAX9140/9141/9142/9144系列比較器，看看它有哪些獨特之處。

文件下載：MAX9140.pdf

一、器件概述

MAX9140/9141為單比較器，而MAX9142/9144分別是雙比較器和四比較器。它們專為3V或5V電源系統(tǒng)進行了優(yōu)化，結合了高速、低功耗以及軌到軌輸入等特性。其傳播延遲僅為40ns，每個比較器的電源電流僅150μA，輸入共模范圍超出了電源軌，輸出無需外部上拉電路就能拉至距任一電源軌0.3V以內，非常適合與CMOS和TTL邏輯接口。與行業(yè)標準比較器MAX941/MAX942/MAX944相比，這些器件在速度、功耗和成本方面都有了顯著提升。

二、主要特性

2.1 高速與低功耗

傳播延遲僅40ns（10mV過驅動），每個比較器的電源電流在3V時僅150μA，這使得它在對速度和功耗都有要求的應用中表現(xiàn)出色。大家可以思考一下，在哪些具體的電路設計中，這樣的高速低功耗特性會起到關鍵作用呢？

2.2 寬電壓應用與軌到軌輸入

優(yōu)化了3V和5V應用，輸入電壓范圍為軌到軌，這意味著它可以適應多種電源電壓，并且能夠處理接近電源軌的輸入信號，大大提高了其適用性。

2.3 低失調電壓與內部遲滯

失調電壓低至500μV，內部遲滯確保了即使在緩慢移動的輸入信號下也能實現(xiàn)干凈的輸出切換，減少了噪聲對輸出的影響。如果在噪聲較大的環(huán)境中使用，這種內部遲滯特性是否能有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性呢？

2.4 輸出特性

輸出可擺動至電源軌的300mV以內，與CMOS/TTL邏輯兼容。此外，MAX9141還具備輸出鎖存和關斷功能，增加了其應用的靈活性。

2.5 封裝與可靠性

提供多種封裝形式，如SC70和SOT23等，方便不同的PCB布局需求。其中，MAX9140AAXK/V+T還通過了AEC - Q100認證，適用于汽車電子等對可靠性要求較高的領域。

三、電氣特性

該系列比較器在不同的工作條件下都有明確的電氣參數(shù)。例如，工作電源電壓范圍為2.7V - 5.5V，輸入電壓范圍為 - 0.2V到VCC + 0.2V等。這些參數(shù)在設計時需要根據(jù)具體的應用場景進行合理選擇和考慮。大家在實際設計中，是否會對這些參數(shù)進行詳細的計算和驗證呢？

四、典型工作特性

通過一系列的圖表展示了該系列比較器在不同溫度、輸入過驅動、電容負載等條件下的傳播延遲、輸出電壓、輸入偏置電流等特性。這些特性曲線可以幫助我們更好地了解器件的性能，為電路設計提供參考。比如，當電容負載增加時，傳播延遲會相應增加，這在設計高速電路時就需要特別注意。

五、引腳描述

詳細說明了各個引腳的功能，不同型號的引腳略有差異。例如，MAX9141的SHDN引腳用于關斷控制，LE引腳用于輸出鎖存控制。了解這些引腳功能是正確使用該系列比較器的基礎。

六、詳細工作原理

6.1 內部遲滯

為了避免高速比較器在輸入電壓相近時因噪聲或寄生反饋而產生振蕩，該系列比較器采用了1.5mV的內部遲滯。遲滯產生了兩個跳變點，有效避免了輸入處于振蕩區(qū)域。與標準比較器相比，它無需外部電阻來添加遲滯，簡化了電路設計。如果需要增加遲滯和噪聲裕量，還可以通過兩個電阻從輸出到同相輸入添加正反饋。

6.2 MAX9141的鎖存功能

MAX9141內部包含一個鎖存器，當LE引腳為高電平時，鎖存器透明，比較器正常工作；當LE引腳為低電平時，比較器的輸出狀態(tài)被鎖存。這一功能在需要存儲比較結果的應用中非常有用。

6.3 關斷模式（僅MAX9141）

當SHDN引腳為低電平時，MAX9141進入關斷模式，電源電流降至小于12μA，三態(tài)輸出變?yōu)楦咦杩?。在正常工作時，需要將SHDN引腳連接到VCC。

6.4 輸入級和輸出級電路

輸入級包含內部保護電路，由兩個背對背的二極管和兩個4.1kΩ的串聯(lián)電阻組成，可防止大差分輸入電壓對精密輸入級造成損壞。輸出級是電流驅動的，在輸出轉換期間，源電流或灌電流較大，實現(xiàn)快速的壓擺率；輸出電壓達到VOH或VOL后，電流減小，節(jié)省了功率。不過，輸出壓擺率與負載電容呈線性關系，重電容負載會減慢電壓輸出轉換速度，這在噪聲敏感的應用中可能是一個優(yōu)勢。

七、應用信息

7.1 電路布局和去耦

由于該系列比較器具有高增益帶寬，為了實現(xiàn)其全高速性能，需要注意一些設計預防措施。例如，使用具有良好、連續(xù)、低電感接地平面的PCB，在VCC附近放置去耦電容，注意去耦電容的帶寬并保持引腳短，輸入和輸出引腳長度要短以避免寄生反饋，直接將器件焊接到PCB上而不是使用插座等。這些措施對于保證電路的穩(wěn)定性和性能至關重要，大家在實際設計中是否都能嚴格遵循呢？

7.2 應用場景

該系列比較器適用于多種應用場景，如線路接收器、電池供電系統(tǒng)、閾值檢測器/鑒別器、3V/5V系統(tǒng)、過零檢測器、采樣電路等。在這些應用中，它的高速、低功耗和軌到軌輸入等特性都能發(fā)揮重要作用。

八、訂購信息和封裝信息

提供了詳細的訂購信息，包括不同型號的引腳封裝和頂部標記。同時，還說明了封裝類型、封裝代碼、文檔編號和焊盤圖案編號等信息，方便我們進行器件的選擇和PCB設計。

九、修訂歷史

記錄了該產品文檔的修訂歷史，包括修訂日期、描述和更改的頁面等信息。了解這些修訂歷史可以幫助我們及時掌握產品的更新情況，確保使用的是最新的設計參數(shù)和信息。

總的來說，MAX9140/9141/9142/9144系列比較器以其高速、低功耗、軌到軌輸入等特性，為電子工程師在設計各種電路時提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體的需求，合理利用其特性和功能，同時注意電路布局和去耦等設計細節(jié)，以實現(xiàn)最佳的性能。大家在使用該系列比較器的過程中，是否遇到過一些問題或者有一些獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區(qū)分享。