MAX9940：低電壓設(shè)備信號(hào)線路過壓保護(hù)器的卓越選擇

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，低電壓設(shè)備的電路保護(hù)至關(guān)重要，尤其是在面對(duì)高電壓故障和靜電放電（ESD）沖擊時(shí)。今天，我們就來深入探討一下Maxim公司推出的MAX9940信號(hào)線路過壓保護(hù)器，看看它是如何為低電壓數(shù)字通信端口提供可靠保護(hù)的。

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一、產(chǎn)品概述

MAX9940專為低電壓數(shù)字通信端口設(shè)計(jì)，能有效抵御高電壓故障和ESD沖擊。對(duì)于像Maxim 1 - Wire?這類敏感的通信協(xié)議來說，它尤為實(shí)用。因?yàn)檫@些協(xié)議無法采用傳統(tǒng)的故障保護(hù)手段，如大型串聯(lián)電阻或大線路電容，而MAX9940正好解決了這一難題。

它的工作電壓范圍為+2.2V至+5.5V，靜態(tài)供電電流僅13μA，非常節(jié)能。其EXT端口能承受高達(dá)28V的電壓，反應(yīng)時(shí)間僅60ns，可在故障發(fā)生時(shí)快速響應(yīng)。此外，它還能在-40°C至+125°C的汽車級(jí)溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

二、產(chǎn)品特性

1. 高電壓保護(hù)

EXT端口具備28V的保護(hù)能力，同時(shí)提供擴(kuò)展的ESD保護(hù)，在EXT端口可承受±4kV的IEC 61000 - 4接觸式ESD沖擊，為設(shè)備提供了可靠的防護(hù)。

2. 寬電壓范圍

工作電源電壓范圍為+2.2V至+5.5V，能適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境，增加了產(chǎn)品的通用性。

3. 低功耗

僅13μA的靜態(tài)供電電流，大大降低了設(shè)備的功耗，延長(zhǎng)了電池續(xù)航時(shí)間，對(duì)于便攜式設(shè)備尤為重要。

4. 快速響應(yīng)

60ns的故障反應(yīng)時(shí)間，能在瞬間檢測(cè)到故障并采取保護(hù)措施，有效減少故障對(duì)設(shè)備的損害。

5. 小巧封裝

采用5引腳SC70小封裝，節(jié)省了電路板空間，適合對(duì)空間要求較高的設(shè)計(jì)。

6. 寬溫度范圍

可在-40°C至+125°C的溫度范圍內(nèi)正常工作，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境條件。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX9940的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括筆記本電腦、便攜式設(shè)備和工業(yè)設(shè)備等。在這些設(shè)備中，它能有效保護(hù)低電壓設(shè)備免受高電壓故障和ESD沖擊的影響，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

四、技術(shù)參數(shù)

1. 絕對(duì)最大額定值

• VCC：-0.3V至+6V
• INT：-0.3V至+6V
• EXT：-0.3V至+30V
• 任何端子的連續(xù)輸入電流：±20mA
• 連續(xù)功率耗散（TA = +70°C）：245mW（5引腳SC70，+70°C以上以3.1mW/°C降額）
• 工作溫度范圍：-40°C至+125°C
• 結(jié)溫：+150°C
• 儲(chǔ)存溫度范圍：-65°C至+150°C

超出這些絕對(duì)最大額定值的應(yīng)力可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性損壞，因此在使用時(shí)務(wù)必注意。

2. 電氣特性

在VCC = +3.3V，RINT PULLUP = 2k至VDD，VDD = 3.3V的條件下，MAX9940具有以下典型電氣特性：

• 電源電壓：2.2V至5.5V
• 靜態(tài)供電電流：典型值13μA，最大值21μA
• INT電壓范圍：0V至5.5V
• EXT電壓范圍：-0.7V至+28V
• 開關(guān)導(dǎo)通電阻：典型值43.5Ω，最大值77.5Ω
• 開關(guān)導(dǎo)通電容：典型值38pF
• INT關(guān)斷電容：典型值27pF

這些電氣特性為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。

五、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理

1. 串聯(lián)開關(guān)

MAX9940內(nèi)部有一個(gè)串聯(lián)開關(guān)，用于連接低電壓設(shè)備（如微控制器）和外部通信設(shè)備（如1 - Wire或I2C從設(shè)備）。當(dāng)開關(guān)被禁用或出現(xiàn)故障時(shí)，它會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，將微控制器與可能的損壞隔離開來。其標(biāo)稱開關(guān)電阻為38Ω，由并聯(lián)的DMOS和HV - pMOS器件組成。當(dāng)EXT端的電壓超過電源電壓時(shí)，電路能確保pMOS器件正確關(guān)閉，開關(guān)能承受EXT端最大28V的電壓。

2. 比較器

該產(chǎn)品還內(nèi)置了一個(gè)低功耗、高速比較器，用于檢測(cè)EXT端的高電壓情況。一旦檢測(cè)到高電壓，比較器會(huì)迅速關(guān)閉串聯(lián)開關(guān)，將INT和EXT通道隔離開來。比較器的標(biāo)稱遲滯為128mV，能有效防止誤觸發(fā)。只要EXT端的負(fù)電壓電流限制在20mA以內(nèi)，也是允許的。

六、典型應(yīng)用電路

MAX9940有多種典型應(yīng)用電路，不同的電路在功耗和故障保護(hù)方面有不同的特點(diǎn)：

1. 電池供電設(shè)備推薦方案

在這種方案中，微控制器的ENABLE端口為MAX9940提供靜態(tài)電流和數(shù)字通信所需的電流。當(dāng)將ENABLE端口置為0時(shí)，MAX9940進(jìn)入零功率關(guān)斷模式，可防止在EXT端發(fā)生接地短路故障時(shí)出現(xiàn)功率損耗。即使VCC = 0，EXT端仍能承受高達(dá)28V的直流電壓。

2. 需要將MAX9940置于關(guān)斷狀態(tài)的應(yīng)用方案

微控制器的ENABLE端口為MAX9940供電，其低至13μA的工作電流使得標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字I/O端口能輕松提供所需電流，且不會(huì)有明顯的電壓降。將ENABLE端口置為0，可使MAX9940進(jìn)入零功率模式，節(jié)省電池電量。不過，由于INT到VCC之間沒有內(nèi)部ESD二極管，INT端的電壓能保持在VDD，不會(huì)從RP或電池中吸取電流。但I(xiàn)NT到EXT之間存在內(nèi)部二極管，因此在EXT端發(fā)生接地短路故障時(shí)，會(huì)有電流通過RP，導(dǎo)致VDD的功率損耗，可能會(huì)縮短電池壽命。

3. 非電池供電應(yīng)用的推薦工作電路

在該電路中，VDD直接為MAX9940供電，會(huì)持續(xù)消耗靜態(tài)電流。只要EXT端的電壓低于VCC，INT和EXT之間的內(nèi)部FET就會(huì)保持導(dǎo)通。因此，在EXT端發(fā)生接地短路故障時(shí)，會(huì)有電流通過RP，導(dǎo)致VDD的功率損耗，可能會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命。

七、總結(jié)

MAX9940作為一款優(yōu)秀的信號(hào)線路過壓保護(hù)器，憑借其出色的性能和豐富的特性，為低電壓設(shè)備的電路保護(hù)提供了可靠的解決方案。它不僅能有效抵御高電壓故障和ESD沖擊，還具有低功耗、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種不同的應(yīng)用場(chǎng)景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的應(yīng)用電路，以達(dá)到最佳的保護(hù)效果和功耗控制。大家在使用過程中有沒有遇到過類似產(chǎn)品的其他問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。