MAX987/MAX988/系列高速微功耗低電壓比較器詳解

作為一名電子工程師，在日常的電路設(shè)計(jì)工作中，比較器是我們經(jīng)常會(huì)用到的基礎(chǔ)元件之一。今天要給大家詳細(xì)介紹的是 Maxim Integrated 推出的 MAX987、MAX988、MAX991、MAX992、MAX995 和 MAX996 系列高速、微功耗、低電壓、軌到軌輸入輸出（Rail-to-Rail I/O）比較器，它們?cè)诟黝?lèi)電子系統(tǒng)中都有廣泛的應(yīng)用前景。

文件下載：MAX992.pdf

一、產(chǎn)品概述

這一系列比較器包括單通道、雙通道和四通道的型號(hào)，具有低電壓工作和軌到軌輸入輸出的特性。其工作電壓范圍從 +2.5V 到 +5.5V，既適用于 3V 系統(tǒng)，也適用于 5V 系統(tǒng)，還能使用 ±1.25V 到 ±2.75V 的雙電源供電，每通道僅消耗 48μA 的電流，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 120ns 的傳播延遲。輸入偏置電流典型值為 1.0pA，輸入失調(diào)電壓典型值為 0.5mV，內(nèi)部遲滯功能確保即使輸入信號(hào)變化緩慢，輸出也能干凈利落地切換。

輸出級(jí)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

不同型號(hào)在輸出級(jí)設(shè)計(jì)上有所不同。MAX987、MAX991、MAX995 采用推挽輸出級(jí)，能夠吸收和提供電流，內(nèi)部大輸出驅(qū)動(dòng)器允許在負(fù)載高達(dá) 8mA 時(shí)實(shí)現(xiàn)軌到軌輸出擺幅；而 MAX988、MAX992、MAX996 則采用開(kāi)漏輸出級(jí)，其輸出電壓可被拉至高于 VCC 至比 VEE 高 6V（最大值），這種開(kāi)漏版本非常適合用作電平轉(zhuǎn)換器和雙極性到單端轉(zhuǎn)換器。

封裝形式

單通道的 MAX987 和 MAX988 采用小巧的 5 引腳 SC70 封裝，雙通道的 MAX991 和 MAX992 采用超小型 μMAX? 封裝，這些節(jié)省空間的封裝形式方便我們?cè)谠O(shè)計(jì)緊湊的電路板時(shí)使用。

二、產(chǎn)品選型

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，如需要的比較器通道數(shù)量、輸出級(jí)類(lèi)型等，來(lái)選擇合適的型號(hào)。

三、產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

高速與低功耗

• 120ns 的傳播延遲，能夠滿(mǎn)足高速信號(hào)處理的需求。
• 每通道僅 48μA 的靜態(tài)電源電流，大大降低了系統(tǒng)的功耗，尤其適用于電池供電的便攜式設(shè)備。

寬電壓范圍與軌到軌特性

• +2.5V 到 +5.5V 的單電源工作范圍，以及可使用雙電源供電，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。
• 共模輸入電壓范圍可超出電源軌 250mV，使得在不同的輸入信號(hào)環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。

輸出級(jí)優(yōu)勢(shì)

• 推挽輸出級(jí)可吸收和提供 8mA 電流（MAX987/MAX991/MAX995），能夠直接驅(qū)動(dòng)一定負(fù)載。
• 開(kāi)漏輸出電壓可超出 VCC（MAX988/MAX992/MAX996），方便進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
• 獨(dú)特的輸出級(jí)設(shè)計(jì)減少了輸出切換電流，從而降低了整體功耗，在 1MHz 切換頻率下，電源電流僅為 100μA。

可靠性

• 對(duì)于過(guò)驅(qū)動(dòng)輸入不會(huì)發(fā)生相位反轉(zhuǎn)，保證了信號(hào)處理的準(zhǔn)確性。

小封裝

提供節(jié)省空間的封裝形式，如 5 引腳 SC70（MAX987/MAX988）和 8 引腳 μMAX（MAX991/MAX992），適合小型化設(shè)計(jì)。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

• 便攜式/電池供電系統(tǒng)：微功耗的特性使其能夠延長(zhǎng)電池的使用壽命，滿(mǎn)足便攜式設(shè)備對(duì)低功耗的嚴(yán)格要求。
• 移動(dòng)通訊：在移動(dòng)通訊設(shè)備中，這些比較器可以用于信號(hào)處理和電平轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，確保信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸和處理。
• 過(guò)零檢測(cè)器：可實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)過(guò)零點(diǎn)的準(zhǔn)確檢測(cè)，在交流信號(hào)處理等應(yīng)用中非常有用。
• 窗口比較器：用于判斷輸入信號(hào)是否在特定的電壓窗口范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的篩選和判斷。
• 電平轉(zhuǎn)換器：開(kāi)漏輸出的型號(hào)（MAX988/MAX992/MAX996）可方便地實(shí)現(xiàn)不同電平之間的轉(zhuǎn)換，滿(mǎn)足不同電路對(duì)電平的要求。
• 閾值檢測(cè)器/鑒別器：能夠準(zhǔn)確檢測(cè)輸入信號(hào)是否達(dá)到設(shè)定的閾值，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的鑒別和判斷。
• 接地/電源感應(yīng)：用于檢測(cè)接地或電源的狀態(tài)，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
• 紅外接收器：在紅外接收電路中，可對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行處理和判斷。
• 數(shù)字線路接收器：對(duì)數(shù)字線路中的信號(hào)進(jìn)行接收和處理。

五、電氣特性

文檔中詳細(xì)給出了該系列比較器在不同條件下的電氣特性參數(shù)，包括電源電壓、電源電流、電源抑制比、共模電壓范圍、輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流等。這些參數(shù)對(duì)于我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)評(píng)估比較器的性能和選擇合適的工作條件非常重要。例如，在選擇電源電壓時(shí)，需要確保其在比較器允許的范圍內(nèi)，以保證比較器的正常工作；而輸入失調(diào)電壓和輸入偏置電流等參數(shù)則會(huì)影響比較器的精度和穩(wěn)定性。

六、典型工作特性

通過(guò)一系列的圖表展示了比較器在不同工作條件下的典型特性，如每比較器的電源電流與溫度的關(guān)系、輸出高電壓與輸出源電流的關(guān)系、輸出短路電流與溫度的關(guān)系等。這些特性曲線可以幫助我們直觀地了解比較器在不同情況下的性能表現(xiàn)，從而更好地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和優(yōu)化。例如，從電源電流與溫度的關(guān)系曲線中，我們可以預(yù)測(cè)在不同溫度環(huán)境下比較器的功耗變化，進(jìn)而評(píng)估其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)功耗的影響。

七、引腳說(shuō)明

詳細(xì)說(shuō)明了各個(gè)型號(hào)比較器的引腳名稱(chēng)和功能，包括比較器輸出、正電源電壓、非反相輸入、反相輸入、負(fù)電源電壓等引腳。了解引腳功能對(duì)于正確連接比較器和設(shè)計(jì)外圍電路至關(guān)重要。在實(shí)際焊接和布線時(shí)，我們需要嚴(yán)格按照引腳說(shuō)明進(jìn)行操作，以避免因引腳連接錯(cuò)誤而導(dǎo)致比較器無(wú)法正常工作。

八、詳細(xì)電路分析

輸入級(jí)電路

輸入共模范圍從 -0.25V 到 ((V_{CC}+0.25 ~V))，在這個(gè)范圍內(nèi)，比較器可以在任意差分輸入電壓下正常工作。輸入偏置電流在輸入電壓處于電源軌之間時(shí)典型值為 1.0pA，并且內(nèi)部的體二極管可以保護(hù)比較器輸入免受過(guò)電壓的影響。當(dāng)輸入電壓超過(guò)電源軌時(shí)，體二極管會(huì)正向?qū)ú㈤_(kāi)始傳導(dǎo)電流，導(dǎo)致偏置電流隨輸入電壓的增加而指數(shù)上升。

輸出級(jí)電路

該系列比較器的輸出級(jí)能夠在高達(dá) 8mA 的負(fù)載下實(shí)現(xiàn)軌到軌操作。與許多其他比較器在切換時(shí)消耗比穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)大得多的電流不同，這一系列比較器在輸出轉(zhuǎn)換期間的電源電流變化極小。從典型工作特性部分的“每比較器的電源電流與輸出轉(zhuǎn)換頻率”圖中可以看出，當(dāng)輸出切換頻率接近 1MHz 時(shí)，電源電流的增加非常小。這種特性使得在高速、電池供電的應(yīng)用中，無(wú)需使用電源濾波電容來(lái)減少比較器切換電流產(chǎn)生的干擾，從而顯著延長(zhǎng)了電池的使用壽命。

九、應(yīng)用信息

額外遲滯

MAX987、MAX991、MAX995 具有 ±2.5mV 的內(nèi)部遲滯，還可以通過(guò)三個(gè)電阻使用正反饋來(lái)產(chǎn)生額外的遲滯，但這種方法會(huì)減慢遲滯響應(yīng)時(shí)間。文檔中給出了計(jì)算電阻值的具體步驟，我們可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)計(jì)算合適的電阻值，以獲得所需的額外遲滯。 MAX988、MAX992、MAX996 同樣具有 ±2.5mV 的內(nèi)部遲滯，其開(kāi)漏輸出需要外部上拉電阻。產(chǎn)生額外遲滯的公式與 MAX987、MAX991、MAX995 略有不同，文檔中也給出了相應(yīng)的計(jì)算步驟。

電路布局和去耦

為了充分發(fā)揮比較器的高速性能，在電路設(shè)計(jì)時(shí)需要采取一些預(yù)防措施：

• 使用具有完整、低電感接地平面的 PCB，以減少電磁干擾和信號(hào)噪聲。
• 在靠近 (V_{CC}) 引腳的位置放置去耦電容（如 0.1μF 的陶瓷電容），以穩(wěn)定電源電壓，減少電源波動(dòng)對(duì)比較器的影響。
• 在輸入和輸出端保持引腳長(zhǎng)度短，避免比較器周?chē)霈F(xiàn)不必要的寄生反饋，影響比較器的性能。
• 直接將器件焊接到 PCB 上，而不是使用插座，以減少接觸電阻和寄生電容，提高電路的穩(wěn)定性。

典型應(yīng)用電路

文檔中給出了零交叉檢測(cè)器和邏輯電平轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用示例，通過(guò)實(shí)際的電路連接圖展示了如何使用這些比較器實(shí)現(xiàn)特定的功能。這些示例電路為我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中提供了參考，我們可以根據(jù)具體需求對(duì)電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮蛢?yōu)化。

十、封裝信息和訂購(gòu)信息

提供了比較器的封裝尺寸、引腳布局等詳細(xì)信息，以及不同型號(hào)的訂購(gòu)代碼和標(biāo)記。在選擇封裝時(shí)，我們需要考慮電路板的空間限制和焊接工藝等因素；而訂購(gòu)信息則方便我們根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行器件的采購(gòu)。

總之，MAX987、MAX988、MAX991、MAX992、MAX995 和 MAX996 系列比較器以其高速、微功耗、低電壓和軌到軌輸入輸出等優(yōu)點(diǎn)，為電子工程師在各種應(yīng)用場(chǎng)景下提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，結(jié)合比較器的電氣特性、典型工作特性和引腳說(shuō)明等信息，合理選擇型號(hào)和設(shè)計(jì)外圍電路，同時(shí)注意電路布局和去耦等問(wèn)題，以充分發(fā)揮比較器的性能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的電路設(shè)計(jì)。大家在使用過(guò)程中遇到任何問(wèn)題，歡迎在評(píng)論區(qū)留言討論。