高速低功耗單電源比較器 MAX9140/MAX9141/MAX9142/MAX9144 全方位解析

在如今的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高速、低功耗的比較器是眾多項(xiàng)目中不可或缺的關(guān)鍵元件。今天要給大家詳細(xì)介紹的是 Analog Devices 公司的 MAX9140/MAX9141/MAX9142/MAX9144 系列比較器，它們以 40ns 的超快傳播延遲、低功耗以及 3V/5V 單電源供電等特性，在眾多產(chǎn)品中脫穎而出。

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基本概述

MAX9140/MAX9141 為單通道比較器，而 MAX9142/MAX9144 則分別是雙通道和四通道的高速比較器。這些產(chǎn)品專為 3V 或 5V 電源供電的系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。其中，MAX9141 還具備鎖存使能和設(shè)備關(guān)斷功能。它們集高速、低功耗和軌到軌輸入等優(yōu)點(diǎn)于一身，傳播延遲僅 40ns，每個(gè)比較器的供電電流僅 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到距離任一電源軌 0.3V 以內(nèi)，這使得該系列產(chǎn)品能完美適配 CMOS 和 TTL 邏輯。此外，所有輸入和輸出引腳都能承受任一電源軌的連續(xù)短路故障，內(nèi)部遲滯功能則確保了即使在輸入信號(hào)緩慢變化時(shí)，輸出也能實(shí)現(xiàn)清晰切換。與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MAX941/MAX942/MAX944 比較器相比，這些器件在速度、功耗和成本方面都有顯著提升。

在封裝形式上，MAX9140 提供了超小的 5 引腳 SC70 和 SOT23 封裝；MAX9141 和 MAX9142 有 8 引腳 SOT23 和 SO 封裝可選；MAX9144 則有 14 引腳 SO 和 TSSOP 封裝。

特性亮點(diǎn)

高速與低功耗并存

• 快速的 40ns 傳播延遲（10mV 過驅(qū)動(dòng)），能滿足大多數(shù)高速應(yīng)用場(chǎng)景。想象一下，在需要快速響應(yīng)的系統(tǒng)中，它能以極快的速度完成信號(hào)比較，為系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供保障。您在實(shí)際設(shè)計(jì)中，遇到過對(duì)響應(yīng)速度要求極高的場(chǎng)景嗎？
• 低功耗特性顯著，每個(gè)比較器的供電電流僅為 150μA（3V 供電時(shí)），這對(duì)于電池供電系統(tǒng)來說尤為重要，可以大大延長設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。在您的設(shè)計(jì)中，是否也經(jīng)常要考慮功耗問題呢？

寬電壓范圍與兼容性

• 專為 3V 和 5V 應(yīng)用優(yōu)化，軌到軌輸入電壓范圍，能適應(yīng)多種不同的輸入信號(hào)，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。您在選擇比較器時(shí)，是否會(huì)優(yōu)先考慮具有寬電壓范圍的產(chǎn)品呢？
• 輸出電壓能擺動(dòng)到電源軌的 300mV 以內(nèi)，且與 CMOS/TTL 邏輯兼容，方便與其他數(shù)字電路進(jìn)行接口連接，無需額外的電平轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程。

其他實(shí)用特性

• 低至 500μV 的失調(diào)電壓，確保了比較的準(zhǔn)確性。內(nèi)部遲滯功能使開關(guān)更加干凈，避免了因噪聲引起的誤觸發(fā)。
• MAX9141 獨(dú)有的輸出鎖存和關(guān)斷功能，在某些需要保存比較結(jié)果或降低功耗的場(chǎng)景下非常實(shí)用。比如在一些間歇性工作的系統(tǒng)中，關(guān)斷功能可以有效降低功耗。
• MAX9140AAXK/V+T 經(jīng)過 AEC - Q100 認(rèn)證，適用于汽車電子等對(duì)可靠性要求較高的領(lǐng)域。

參數(shù)詳解

絕對(duì)最大額定值

在實(shí)際應(yīng)用中，一定要確保器件的工作條件在這些絕對(duì)最大額定值范圍內(nèi)，否則可能會(huì)導(dǎo)致器件永久性損壞。您在使用過程中，有沒有遇到過因?yàn)槌鲱~定值而損壞器件的情況呢？

電氣特性

• 工作電源電壓：范圍為 2.7V 至 5.5V，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• 輸入電壓范圍： - 0.2V 至（VCC + 0.2V），超出電源軌的輸入范圍增加了設(shè)計(jì)的容錯(cuò)性。
• 輸入失調(diào)電壓：在不同溫度下有著不同的表現(xiàn)，例如在 TA = +25°C 時(shí)典型值為 0.5mV，在 - 40°C 至 +85°C 時(shí) MAX9140AA 系列最大為 6.0mV。失調(diào)電壓的大小會(huì)影響比較器的準(zhǔn)確性，在對(duì)精度要求較高的應(yīng)用中需要特別關(guān)注。
• 輸入偏置電流：在 - 40°C 至 +85°C 范圍內(nèi)，典型值為 90nA，最大值為 320nA。輸入偏置電流會(huì)影響輸入信號(hào)的準(zhǔn)確性，特別是在高阻抗輸入的情況下。
• 輸出特性：輸出高電壓（VOH）在不同條件下有不同的值，如在 ISOURCE = 4mA、TA 為 - 40°C 至 +85°C 時(shí)，VCC - 0.425V 至 VCC - 0.3V；輸出低電壓（VOL）在 ISINK = 4mA、TA 為 - 40°C 至 +85°C 時(shí)，為 0.3V 至 0.425V。這些參數(shù)決定了比較器輸出信號(hào)的電平，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行合理選擇。

典型應(yīng)用

該系列比較器適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如線路接收器、電池供電系統(tǒng)、閾值檢測(cè)器/鑒別器、3V/5V 系統(tǒng)、過零檢測(cè)器和采樣電路等。

• 線路接收器：在一些通信系統(tǒng)中，需要對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的比較和處理，該系列比較器的高速特性和低功耗優(yōu)勢(shì)能很好地滿足需求。就像在一個(gè)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路中，它能快速判斷信號(hào)的高低電平，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確接收。
• 電池供電系統(tǒng)：由于其低功耗特性，能有效延長電池的使用時(shí)間，適用于各種便攜式設(shè)備，如智能手表、無線傳感器等。

電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

輸入級(jí)和輸出級(jí)電路

• 輸入級(jí)包含內(nèi)部保護(hù)電路，由 IN + 和 IN - 之間的兩個(gè)背對(duì)背二極管以及兩個(gè) 4.1kΩ 串聯(lián)電阻組成，能防止大差分輸入電壓對(duì)精密輸入級(jí)造成損壞。但當(dāng)差分輸入電壓超過 2VF 時(shí)，輸入偏置電流會(huì)增加。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要注意控制輸入信號(hào)的幅度，避免超出保護(hù)電路的承受范圍。
• 輸出級(jí)為電流驅(qū)動(dòng)型，在輸出轉(zhuǎn)換期間能提供較大的源或灌電流，實(shí)現(xiàn)快速的壓擺率。不過，輸出擺率與負(fù)載電容呈線性相關(guān)，重容性負(fù)載會(huì)減慢電壓輸出轉(zhuǎn)換速度。在需要快速響應(yīng)的應(yīng)用中，要合理選擇負(fù)載電容的大小。

電路布局和去耦

由于該系列比較器具有高增益帶寬，在電路布局時(shí)需要采取一些預(yù)防措施，以充分發(fā)揮其高速性能：

• 使用具有良好、完整、低電感接地層的 PCB，確保接地的穩(wěn)定性。
• 在 VCC 引腳附近放置一個(gè) 0.1μF 的陶瓷去耦電容，減少電源噪聲的影響。
• 注意去耦電容的帶寬，盡量縮短引腳長度，以提高去耦效果。
• 輸入和輸出引腳的引線長度要盡量短，避免比較器周圍出現(xiàn)不必要的寄生反饋。
• 直接將器件焊接到 PCB 上，而不是使用插座，以減少引腳接觸電阻和寄生電感。

訂購與封裝信息

訂購信息

封裝信息

在選擇器件時(shí)，要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求和 PCB 布局來選擇合適的封裝形式。

總結(jié)

總的來說，MAX9140/MAX9141/MAX9142/MAX9144 系列比較器憑借其高速、低功耗、寬電壓范圍和良好的兼容性等優(yōu)點(diǎn)，在眾多電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。在使用過程中，只要我們充分了解其特性和參數(shù)，注意電路設(shè)計(jì)和布局的細(xì)節(jié)，就能充分發(fā)揮這些器件的性能，為我們的設(shè)計(jì)帶來便利。大家在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)這些比較器還有什么疑問或者獨(dú)特的使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。