深入剖析MAX976/MAX978/MAX998高速低功耗比較器

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，比較器是一種常見(jiàn)且關(guān)鍵的器件。它能對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高或低電平信號(hào)，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電子系統(tǒng)中。今天，我們要詳細(xì)探討的是Maxim Integrated推出的MAX976/MAX978/MAX998系列單/雙/四通道、SOT23封裝、單電源、高速、低功耗比較器。這些器件在性能和應(yīng)用上有哪些獨(dú)特之處呢？讓我們一探究竟。

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器件概述

基本特性

MAX976/MAX978/MAX998系列比較器專(zhuān)為+3V/+5V單電源應(yīng)用而優(yōu)化。每個(gè)比較器僅消耗225μA的電源電流，卻能實(shí)現(xiàn)20ns的傳播延遲，在速度和功耗之間取得了很好的平衡。其中，MAX998還具備低功耗關(guān)斷模式，當(dāng)進(jìn)入該模式時(shí)，輸出處于高阻態(tài)，電源電流可降至1nA，大大降低了功耗。

輸入輸出特性

該系列比較器的輸入共模電壓范圍可擴(kuò)展至低于地電位200mV，輸出能夠?qū)崿F(xiàn)軌到軌操作，無(wú)需外部上拉電路，這使得它們非常適合與CMOS/TTL邏輯接口。而且，所有輸入和輸出都能承受持續(xù)的短路故障，連接到任一電源軌也不會(huì)損壞器件。此外，比較器內(nèi)部的遲滯特性確保了即使輸入信號(hào)變化緩慢，輸出也能干凈利落地切換。

封裝形式

為滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求，該系列提供了多種封裝形式。單通道的MAX998采用6引腳SOT23封裝，適用于對(duì)空間要求較高的應(yīng)用；雙通道的MAX976采用8引腳μMAX?封裝；四通道的MAX978則采用16引腳QSOP封裝。

應(yīng)用領(lǐng)域

該系列比較器的應(yīng)用十分廣泛，常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景包括：

• 電池供電系統(tǒng)：由于其低功耗特性，能夠有效延長(zhǎng)電池的使用壽命。
• 閾值檢測(cè)器/鑒別器：可精確檢測(cè)輸入信號(hào)是否達(dá)到設(shè)定的閾值。
• 3V系統(tǒng)：與3V電源系統(tǒng)完美適配。
• 紅外接收器：在紅外信號(hào)接收電路中發(fā)揮重要作用。
• 數(shù)字線(xiàn)路接收器：用于數(shù)字信號(hào)的接收和處理。

電氣特性

電源相關(guān)特性

• 電源電壓范圍：2.7V至5.5V，具有較寬的電源電壓適應(yīng)能力。
• 每個(gè)比較器的電源電流：在VCC = 5.5V時(shí)，典型值為225μA；在VCC = 2.7V時(shí)，也能保持較低的電流消耗。
• 關(guān)斷電源電流：MAX998在關(guān)斷模式下，典型值僅為1nA。
• 電源抑制比：在2.7V < VCC < 5.5V的范圍內(nèi)，典型值為100dB，能夠有效抑制電源波動(dòng)對(duì)比較器性能的影響。

輸入特性

• 共模電壓范圍：從 -0.2V到 (VCC - 1.2V)，輸入共模電壓范圍較寬。
• 共模抑制比：在 -0.2V ≤ VCM ≤ (VCC - 1.2V) 的范圍內(nèi)，典型值為95dB，能夠有效抑制共模干擾。
• 輸入失調(diào)電壓：在VCC = 5V、TA = +25°C時(shí)，典型值為0.2mV。
• 輸入偏置電流：典型值為75nA。
• 輸入失調(diào)電流：典型值為±5nA。

輸出特性

• 輸出高電壓：在I_SOURCE = 2mA時(shí)，典型值為VCC - 0.1V。
• 輸出低電壓：在I_SINK = 2mA時(shí)，典型值為0.1V。
• 輸出短路電流：灌電流典型值為74mA，拉電流典型值為90mA。

其他特性

• 傳播延遲：在CLOAD = 10pF、VCC = 5V、過(guò)驅(qū)動(dòng)為50mV時(shí)，典型值為20ns。
• 傳播延遲偏差：典型值為2ns。
• 通道間傳播延遲匹配：MAX976/MAX978的典型值為1ns。
• 輸出上升/下降時(shí)間：在CLOAD = 10pF時(shí)，典型值為1.6ns。
• 關(guān)斷延遲時(shí)間：MAX998在VCC = 5V、ICC = 典型值的10%時(shí)，典型值為5μs。

典型工作特性

通過(guò)一系列的典型工作特性曲線(xiàn)，我們可以更直觀(guān)地了解該系列比較器在不同條件下的性能表現(xiàn)。例如，電源電流與溫度的關(guān)系曲線(xiàn)、傳播延遲與溫度的關(guān)系曲線(xiàn)、輸出高電壓與輸出源電流的關(guān)系曲線(xiàn)等。這些曲線(xiàn)為工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中提供了重要的參考依據(jù)。

詳細(xì)工作原理

遲滯特性

高速比較器在工作時(shí)，由于噪聲或寄生反饋的影響，可能會(huì)在輸入電壓接近時(shí)產(chǎn)生振蕩。MAX976/MAX978/MAX998內(nèi)部的遲滯特性可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。遲滯特性使得比較器有兩個(gè)觸發(fā)點(diǎn)，一個(gè)用于上升輸入電壓，一個(gè)用于下降輸入電壓。當(dāng)輸入電壓相等時(shí)，遲滯特性會(huì)使一個(gè)輸入電壓迅速超過(guò)另一個(gè)，從而避免了振蕩的發(fā)生。

輸入級(jí)電路

該系列比較器的輸入共模電壓范圍為 -0.2V至 (VCC - 1.2V)，每個(gè)輸入的電壓范圍可擴(kuò)展至VCC和GND。只要一個(gè)或兩個(gè)輸入在共模范圍內(nèi)，輸出就能保持正確的邏輯狀態(tài)。如果兩個(gè)輸入都超出共模范圍，輸入級(jí)電流會(huì)飽和，輸出將變得不可預(yù)測(cè)。

關(guān)斷模式

MAX998的低功耗關(guān)斷模式通過(guò)將SHDN引腳拉低來(lái)激活。在關(guān)斷模式下，電源電流降至1nA，比較器禁用，輸出處于高阻態(tài)。將SHDN引腳拉高可使能比較器。需要注意的是，不要讓SHDN引腳懸空或三態(tài)，否則可能會(huì)導(dǎo)致邏輯電平不確定，影響比較器的正常工作。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電路布局和去耦

由于MAX976/MAX978/MAX998具有較高的增益帶寬，因此在電路板布局時(shí)需要格外小心。以下是一些設(shè)計(jì)建議：

• 使用具有完整、低電感接地平面的印刷電路板，并推薦使用表面貼裝元件。
• 在VCC和地之間盡可能靠近引腳的位置放置一個(gè)去耦電容（如0.1μF陶瓷電容）。
• 盡量縮短輸入和輸出的引線(xiàn)長(zhǎng)度，以避免比較器周?chē)a(chǎn)生不必要的寄生反饋。
• 直接將器件焊接到印刷電路板上，而不是使用插座。
• 盡量降低輸入阻抗。
• 對(duì)于緩慢變化的輸入信號(hào)，可以在輸入兩端跨接一個(gè)小電容（約1000pF）以提高穩(wěn)定性。

額外遲滯的產(chǎn)生

通過(guò)使用三個(gè)電阻進(jìn)行正反饋，可以產(chǎn)生額外的遲滯。這種方法雖然會(huì)減慢遲滯響應(yīng)時(shí)間，但可以根據(jù)需要調(diào)整遲滯帶寬。具體的電阻值計(jì)算方法在文檔中有詳細(xì)說(shuō)明，這里不再贅述。

紅外接收器應(yīng)用

在典型工作電路中，展示了如何將MAX998用作紅外接收器。紅外光電二極管根據(jù)紅外光的強(qiáng)度產(chǎn)生相應(yīng)的電流，該電流在RD上產(chǎn)生電壓。當(dāng)這個(gè)電壓超過(guò)由分壓器施加到反相輸入的電壓時(shí)，輸出狀態(tài)會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。

窗口比較器應(yīng)用

MAX976非常適合用于制作窗口檢測(cè)器（欠壓/過(guò)壓檢測(cè)器）。通過(guò)選擇合適的參考電壓和電阻值，可以設(shè)置不同的欠壓和過(guò)壓閾值。具體的設(shè)計(jì)步驟和電阻值計(jì)算方法在文檔中也有詳細(xì)介紹。

總結(jié)

MAX976/MAX978/MAX998系列比較器以其高速、低功耗、寬輸入共模電壓范圍、軌到軌輸出等優(yōu)點(diǎn)，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中具有很大的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇器件的封裝形式，并注意電路布局和去耦等設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以充分發(fā)揮這些器件的性能。同時(shí)，通過(guò)合理利用其遲滯特性和關(guān)斷模式等功能，可以進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的性能和功耗。大家在使用這些器件時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)一些特別的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。