MAX40263：低功耗雙運(yùn)算放大器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，運(yùn)算放大器是極為常見且關(guān)鍵的元件。今天要給大家詳細(xì)介紹一款性能出色的雙運(yùn)算放大器——MAX40263，它在諸多方面都有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

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一、產(chǎn)品概述

MAX40263 是一款雙通道運(yùn)算放大器，其獨(dú)特之處在于每個(gè)通道都可以通過(guò)獨(dú)立的引腳分別禁用。它集高速、高精度和低電壓操作等特性于一身，這使得它在便攜式和工業(yè)設(shè)備的信號(hào)處理功能中表現(xiàn)卓越，例如信號(hào)的濾波和放大等操作。

該器件的輸入輸出具備軌到軌特性，且噪聲極低，這保證了在諸如 12 - 14 位 SAR ADC 驅(qū)動(dòng)等要求苛刻的應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)最大的動(dòng)態(tài)范圍。與傳統(tǒng)的軌到軌輸入結(jié)構(gòu)不同，由于其優(yōu)化的輸入級(jí)配備了超靜音電荷泵，所以不存在輸入交越失真的問(wèn)題。在電源開啟時(shí)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，使得輸入失調(diào)電壓低至 50μV。此外，它還擁有快速上電關(guān)機(jī)模式，有助于進(jìn)一步節(jié)省功耗。

MAX40263 的供電范圍很寬，在 -40°C 至 +125°C 的溫度范圍內(nèi)，可在 1.8V 至 5.5V 的電源電壓下工作，每個(gè)通道僅消耗 750μA（典型值）的電源電流。它采用了小巧的 10 引腳 QFN 封裝，節(jié)省了電路板空間。它是 MAX44259/60/61/63 和 MAX40110/11 系列的擴(kuò)展產(chǎn)品，每個(gè)通道都有獨(dú)立的關(guān)機(jī)引腳。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX40263 的應(yīng)用范圍非常廣泛，涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域：

1. 便攜式設(shè)備：如筆記本電腦、3G/4G 手機(jī)、便攜式醫(yī)療儀器以及電池供電設(shè)備等。在這些設(shè)備中，其低功耗和寬電源范圍的特性能夠很好地滿足電池供電的需求，延長(zhǎng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。
2. 信號(hào)處理：可用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器緩沖器、跨阻放大器以及通用信號(hào)處理等。其高精度和低噪聲的特點(diǎn)，能夠保證信號(hào)處理的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

三、優(yōu)點(diǎn)和特性

1. 寬電源范圍：在 -40°C 至 +125°C 的溫度范圍內(nèi)，電源電壓可在 1.8V 至 5.5V 之間變化，這使得它在不同的電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。
2. 低輸入失調(diào)電壓：在 +25°C 時(shí)，通過(guò)上電自動(dòng)校準(zhǔn)，輸入失調(diào)電壓最大為 50μV，確保了信號(hào)處理的精度。
3. 高帶寬：具有 15 MHz 的單位增益帶寬，能夠處理高頻信號(hào)。
4. 低噪聲：輸入電壓噪聲密度低至 12.7nV/√Hz，減少了噪聲對(duì)信號(hào)的干擾。
5. 低靜態(tài)電流：每個(gè)通道的靜態(tài)電流僅為 750μA，有助于降低功耗。
6. 軌到軌輸入輸出：輸入和輸出都能實(shí)現(xiàn)軌到軌，提供了更大的動(dòng)態(tài)范圍。
7. 低輸入偏置電流：在 +25°C 時(shí)，輸入偏置電流低于 1.5pA，適用于高阻抗傳感器的接口。
8. 節(jié)能關(guān)機(jī)模式：每個(gè)通道都有獨(dú)立的關(guān)機(jī)功能，可在不需要工作時(shí)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，進(jìn)一步節(jié)省能源。
9. 低總諧波失真：總諧波失真低至 105dB，保證了信號(hào)的質(zhì)量。
10. 無(wú)相位反轉(zhuǎn)：在過(guò)驅(qū)動(dòng)條件下不會(huì)出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)的情況，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

四、電氣特性

（一）電源相關(guān)特性

1. 電源電壓范圍：由電源抑制比保證，范圍為 1.8V 至 5.5V。
2. 電源抑制比：在共模電壓 (V{CM}=V{DD}/2) 時(shí)，典型值為 95dB。
3. 靜態(tài)電流：僅啟用一個(gè)運(yùn)算放大器通道且無(wú)負(fù)載時(shí)，典型值為 750μA；兩個(gè)通道都啟用且無(wú)負(fù)載時(shí)，典型值為 1300μA。
4. 關(guān)機(jī)電源電流：最大為 1μA。

（二）直流特性

1. 輸入共模范圍：由共模抑制比測(cè)試保證，范圍為 (V{SS}-0.1V) 至 (V{DD}+0.1V)。
2. 共模抑制比：在 (V{CM}=V{SS}-0.1V) 至 (V_{DD}+0.1V) 范圍內(nèi)，典型值為 90dB。
3. 輸入失調(diào)電壓：在 +25°C 時(shí)，最大為 50μV；在 -40°C 至 +125°C 范圍內(nèi)，最大為 600μV。
4. 輸入失調(diào)電壓漂移：最大為 6μV/°C。
5. 輸入偏置電流：在 +25°C 時(shí)，最大為 1.5pA；在 -40°C 至 +125°C 范圍內(nèi)，最大為 200pA。
6. 輸入電阻：共模輸入時(shí)為 (10^{11}Ω)，差分輸入時(shí)為 (10^{12}Ω)。
7. 開環(huán)增益：在不同輸出電壓和負(fù)載條件下，典型值在 86dB 至 115dB 之間。
8. 輸出短路電流：最大為 50mA。

（三）交流特性

1. 輸入電壓噪聲密度：在 (f = 10kHz) 時(shí)，為 12.7nV/√Hz。
2. 輸入電壓噪聲：在 0.1Hz 至 10Hz 范圍內(nèi)，為 10μV P - P。
3. 輸入電容：為 2.5pF。
4. 增益帶寬積：為 15 MHz。
5. 壓擺率：在 (A{V}=1V/V)，(V{OUT}=2V P - P)，10% 至 90% 變化時(shí)，為 7V/μs。
6. 容性負(fù)載：在 (A_{V}=1V/V) 時(shí)，可承受 300pF 的容性負(fù)載而不產(chǎn)生持續(xù)振蕩。
7. 總諧波失真 + 噪聲：在 (V{OUT}=2V P - P)，(A{V}=1V/V)，(R_{LOAD}=10kΩ)，(f = 10kHz) 時(shí)，為 -105dB。
8. 建立時(shí)間：在 (V{OUT}=2V P - P)，(A{V}=1V/V)，(C_{LOAD}=30pF) 時(shí)，為 1.7μs。
9. 輸出瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間：在 (Delta V{OUT}=0.2V)，(V{DD}=3.3V)，(A{V}=1V/V)，(R{S}=20Ω)，(C_{LOAD}=1nF) 時(shí)，為 1μs。

五、詳細(xì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）交越失真

MAX40263 采用了低噪聲集成電荷泵，它能產(chǎn)生一個(gè)比 (V_{DD}) 高 1V 的內(nèi)部電壓軌，為 PMOS 晶體管的輸入差分對(duì)供電。這種獨(dú)特的架構(gòu)消除了傳統(tǒng) CMOS 輸入架構(gòu)中常見的交越失真問(wèn)題，特別是在非反相配置（如 Sallen - Key 濾波器）中表現(xiàn)更為明顯。電荷泵的工作頻率遠(yuǎn)高于放大器的單位增益頻率，且由于其高頻操作和超靜音電路，產(chǎn)生的噪聲很小，無(wú)需外部組件，對(duì)用戶完全透明。

（二）上電自動(dòng)微調(diào)

該器件具有自動(dòng)微調(diào)功能，在上電時(shí)能將輸入失調(diào)電壓 ((V{OS})) 自動(dòng)校準(zhǔn)到小于 50μV。為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)低 (V{OS}) 值，建議采用以下兩種方法之一：一是使用具有快速轉(zhuǎn)換速率的電源（電源在 <10ms 內(nèi)穩(wěn)定）；二是在關(guān)機(jī)模式下給芯片上電（(overline{SHDNA}=overline{SHDNB}= low)），并在電源穩(wěn)定后啟用芯片（(overline{SHDNA}=overline{SHDNB}= high)）。

（三）關(guān)機(jī)操作

每個(gè)通道都可以通過(guò)拉低 SHDNA 或 SHDNB 進(jìn)入低功耗關(guān)機(jī)模式。關(guān)機(jī)模式將輸入和輸出都置于高阻抗?fàn)顟B(tài)，顯著降低了靜態(tài)電流。將輸出置于高阻抗?fàn)顟B(tài)允許將多個(gè)輸出多路復(fù)用到單個(gè)輸出線上，而無(wú)需額外的外部緩沖器。設(shè)備在退出關(guān)機(jī)模式時(shí)不會(huì)進(jìn)行自我校準(zhǔn)，而是保留上電時(shí)的微調(diào)設(shè)置，且能在小于 30μs 內(nèi)從關(guān)機(jī)狀態(tài)恢復(fù)。其關(guān)機(jī)邏輯電平與電源無(wú)關(guān)，這意味著無(wú)論電源電壓如何，該設(shè)備的關(guān)機(jī)功能都可以由 1.8V 或 3.3V 的微控制器控制。

（四）軌到軌輸入輸出

該器件的輸入電壓范圍可擴(kuò)展到 (V{DD}) 以上 100mV 和 (V{SS}) 以下 100mV，寬輸入共模電壓范圍使其可作為緩沖器和差分放大器用于各種信號(hào)處理應(yīng)用。輸出電壓的高/低僅比 (V{SS}) 高 50mV 和比 (V{DD}) 低 50mV，在單電源應(yīng)用中提供了最大的動(dòng)態(tài)范圍。其高輸出電流和電容驅(qū)動(dòng)能力使其非常適合作為 ADC 驅(qū)動(dòng)器和線路驅(qū)動(dòng)器。

（五）輸入偏置電流

MAX40263 具有高阻抗 CMOS 輸入級(jí)和專門的 ESD 結(jié)構(gòu)，允許在低輸入共模電壓下實(shí)現(xiàn)低輸入偏置電流操作。低輸入偏置電流在與高阻抗傳感器接口時(shí)非常有用，也有利于為光電二極管傳感器設(shè)計(jì)跨阻放大器，使其適用于接地參考的醫(yī)療和工業(yè)傳感器應(yīng)用。

六、典型應(yīng)用電路

以 Sallen - Key 濾波器為例，它是 MAX40263 的一個(gè)典型應(yīng)用。通過(guò)合理選擇電阻和電容的值，可以實(shí)現(xiàn)特定的濾波功能。在這個(gè)電路中，MAX40263 能夠充分發(fā)揮其低噪聲、高精度和寬帶寬的優(yōu)勢(shì)，保證濾波效果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

綜上所述，MAX40263 是一款性能優(yōu)異的雙運(yùn)算放大器，在便攜式設(shè)備、信號(hào)處理等多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，可以充分考慮其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似器件的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。