超小型nanoPower比較器MAX40002 - MAX40005、MAX40012 - MAX40015的特性與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)于那些對(duì)空間和功耗有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景，選擇合適的比較器至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下Analog Devices推出的MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015系列超小型nanoPower比較器，看看它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中能為我們帶來(lái)哪些優(yōu)勢(shì)。

文件下載：MAX40003.pdf

一、器件概述

適用場(chǎng)景

MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015非常適合各種便攜式電子設(shè)備，如手機(jī)、媒體播放器和筆記本電腦等。這些設(shè)備通常對(duì)電路板空間和功耗有著極為嚴(yán)格的限制。

封裝形式

該系列比較器提供兩種封裝選擇，一種是微型4凸點(diǎn)晶圓級(jí)封裝（WLP），尺寸僅為0.73mm x 0.73mm，小到相當(dāng)于兩個(gè)0402電阻的大小；另一種是5引腳SOT23封裝。多樣的封裝形式為不同的設(shè)計(jì)需求提供了便利。

電氣特性

• 供電范圍：工作電源電壓范圍為1.7V至5.5V（可以是VCC或外部VREF），這使得它能夠適應(yīng)多種電源系統(tǒng)，如1.8V、2.5V、3V和5V系統(tǒng)。
• 功耗：僅消耗500nA的電源電流，對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間依靠電池供電的設(shè)備來(lái)說(shuō)，這一特性可以大大延長(zhǎng)電池的使用壽命。
• 輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為0.1V至5.5V，且與電源電壓無(wú)關(guān)。即使在電源關(guān)閉（VCC或外部VREF = 0V）的情況下，輸入仍然保持高阻抗。
• 抗干擾能力：內(nèi)部濾波功能使其具備高射頻抗擾度，能有效減少外界干擾對(duì)比較器的影響。

輸出類(lèi)型

• MAX40002 - MAX40003和MAX40012 - MAX40013具有開(kāi)漏輸出，這種輸出結(jié)構(gòu)允許它們與不同電源電壓的邏輯電路進(jìn)行接口，不過(guò)需要外接上拉電阻或電流源才能正常工作。
• MAX40004 - MAX40005和MAX40014 - MAX40015則采用推挽輸出，能夠同時(shí)吸收和提供電流，無(wú)需外接上拉電阻。

內(nèi)部參考電壓

該系列器件還配備了內(nèi)部參考電壓，工廠(chǎng)預(yù)設(shè)了多種參考電壓選項(xiàng)，包括0.2V、0.5V、0.9V或1.222V，這可以節(jié)省外部參考電壓源的空間和成本。

溫度范圍

這些器件在 -40°C至 +125°C的汽車(chē)級(jí)溫度范圍內(nèi)都能完全滿(mǎn)足規(guī)格要求，具有良好的溫度穩(wěn)定性。

二、絕對(duì)最大額定值與熱特性

絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保其安全可靠運(yùn)行非常重要。MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015的絕對(duì)最大額定值涵蓋了多個(gè)方面，如VCC/REF到GND的電壓范圍為 -0.3V至 +6V，IN到GND的電壓范圍同樣是 -0.3V至 +6V等。超出這些額定值可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞。

熱特性

不同封裝的熱特性有所差異。例如，WLP封裝的結(jié)到環(huán)境熱阻（θJA）為104.41°C/W，SOT23封裝的結(jié)到環(huán)境熱阻（θJA）為255.9°C/W，結(jié)到外殼熱阻（θJC）為81°C/W。在設(shè)計(jì)散熱方案時(shí)，需要根據(jù)具體的封裝形式和應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)考慮這些熱特性。

三、電氣特性詳解

電源相關(guān)參數(shù)

在VCC / REF = 3.3V，RPULLUP = 100kΩ到VPULLUP = 3.3V，RL = ∞，CL = 20pF，TA = TMIN到TMAX的條件下，我們來(lái)看看一些關(guān)鍵的電氣參數(shù)。電源電壓范圍為1.7V至5.5V，在不同的溫度和負(fù)載條件下，電源電流和上電時(shí)間等參數(shù)都有相應(yīng)的規(guī)定。例如，在TA = -40°C到 +125°C，無(wú)輸出或參考負(fù)載電流，VIN > 0，VOUT = low的情況下，電源電流最大值為1.3μA。

輸入特性

輸入電壓范圍為0.1V至5.5V，輸入失調(diào)電壓在不同的溫度和輸入電壓范圍內(nèi)有不同的值。輸入偏置電流和輸入泄漏電流也會(huì)隨著溫度和輸入電壓的變化而變化。此外，輸入電容為0.4pF，電源抑制比（PSRR）在REF DC、外部VREF的條件下為45dB。

輸出特性

輸出電壓擺幅低（VOL）在吸收2mA電流時(shí)，相對(duì)于GND測(cè)量最大值為0.4V；輸出電壓擺幅高（VOH）在提供1mA電流時(shí)，相對(duì)于VCC測(cè)量最大值為0.4V。輸出泄漏電流在開(kāi)漏輸出、VCC / REF = 1.8V，VO = 5.5V，TA = -40°C到 +125°C的條件下最大值為100nA。

傳播延遲和上升/下降時(shí)間

傳播延遲與過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓和輸出類(lèi)型有關(guān)。例如，在100mV過(guò)驅(qū)動(dòng)、推挽輸出從低到高的情況下，傳播延遲為25μs；在100mV過(guò)驅(qū)動(dòng)、開(kāi)漏輸出從低到高，RPu = 100kΩ的情況下，傳播延遲同樣為25μs。上升時(shí)間（tR）在推挽輸出時(shí)為800ns，下降時(shí)間（tF）為200ns。

內(nèi)部參考電壓

不同型號(hào)的內(nèi)部參考電壓在不同溫度下有不同的取值范圍。例如，MAX4000__02 +在TA = +25°C時(shí)，內(nèi)部參考電壓典型值為200mV，在TA = -40°C到 +125°C時(shí)，范圍為174mV至226mV。

四、典型工作特性

通過(guò)一系列的圖表，我們可以直觀(guān)地了解該系列比較器在不同條件下的工作特性。例如，電源電流與輸出轉(zhuǎn)換頻率、電源電壓的關(guān)系；輸出電壓低與灌電流的關(guān)系；輸出電壓高與拉電流的關(guān)系；傳播延遲與輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)、電源電壓、溫度的關(guān)系等。這些特性曲線(xiàn)可以幫助我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中更好地選擇合適的工作條件。

五、引腳配置與功能

引腳描述

該系列比較器的引腳配置在WLP和SOT23封裝中有不同的定義。其中，OUT引腳是比較器的輸出，有開(kāi)漏輸出和推挽輸出兩種類(lèi)型；IN引腳是比較器的輸入，分為同相輸入和反相輸入；VCC / REF引腳是電源電壓/外部參考電壓輸入，需要使用0.1μF的電容旁路到GND；GND引腳為接地引腳；在SOT23封裝中還有一個(gè)N.C.引腳，該引腳不連接，內(nèi)部無(wú)連接關(guān)系。

六、詳細(xì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸入級(jí)電路

MAX40002/MAX40004和MAX40012/MAX40014具有同相輸入，當(dāng)輸入電壓大于參考電壓時(shí)，輸出為高電平；MAX40003/MAX40005和MAX40013/MAX40015具有反相輸入，當(dāng)輸入電壓大于參考電壓時(shí)，輸出為低電平。該系列比較器采用了創(chuàng)新的輸入級(jí)架構(gòu)，允許輸入電壓超過(guò)VCC幾伏（僅受絕對(duì)最大額定值限制），并且在電源關(guān)閉時(shí)仍能保持高輸入阻抗，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)靈活的節(jié)能方案非常有利。同時(shí)，片上濾波功能可以提供對(duì)輸入走線(xiàn)拾取的射頻噪聲的免疫力。

輸出級(jí)結(jié)構(gòu)

開(kāi)漏輸出結(jié)構(gòu)的器件可以方便地與不同電源電壓的邏輯電路接口，但需要外接上拉電阻；推挽輸出結(jié)構(gòu)的器件則可以直接提供和吸收電流，無(wú)需外接上拉電阻。

應(yīng)用注意事項(xiàng)

• 旁路電容：在VCC/REF和GND之間應(yīng)盡可能靠近器件放置一個(gè)0.1μF的電容，以減少開(kāi)關(guān)事件時(shí)電源軌上的電流尖峰。
• 滯回操作：該系列比較器具有典型值為8mV的內(nèi)部滯回，可提供抗噪聲和無(wú)毛刺操作。對(duì)于具有同相輸入的器件，可以通過(guò)外部正反饋網(wǎng)絡(luò)增加額外的滯回；但對(duì)于具有反相輸入且使用外部參考的器件，不建議增加額外的外部滯回，因?yàn)榭赡軙?huì)出現(xiàn)交叉電流相關(guān)的噪聲問(wèn)題；對(duì)于具有內(nèi)部參考的反相輸入器件，由于比較器的同相輸入不可外部訪(fǎng)問(wèn)，無(wú)法增加額外的外部滯回。
• 自適應(yīng)信號(hào)電平檢測(cè)器：MAX40002/MAX40012和MAX40003/MAX40013可以用作自適應(yīng)信號(hào)電平檢測(cè)器。將DAC輸出電壓饋送到REF，將輸入連接到可變信號(hào)電平，通過(guò)改變DAC輸出電壓，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的信號(hào)電平閾值檢測(cè)電路。

七、選型指導(dǎo)與訂購(gòu)信息

選型指導(dǎo)

在選擇合適的器件時(shí)，需要考慮內(nèi)部參考電壓、輸入類(lèi)型、輸出類(lèi)型和頂部標(biāo)記等因素。例如，MAX40002ANS02 + T具有0.2V的內(nèi)部參考電壓、同相輸入和開(kāi)漏輸出；MAX40004ANS05 + T具有0.5V的內(nèi)部參考電壓、同相輸入和推挽輸出。

訂購(gòu)信息

訂購(gòu)時(shí)需要明確器件型號(hào)、溫度范圍和引腳封裝等信息。部分型號(hào)帶有“*”標(biāo)記，表示為未來(lái)產(chǎn)品，需要聯(lián)系廠(chǎng)家確認(rèn)可用性。

總結(jié)

MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015系列nanoPower比較器以其超小的尺寸、超低的功耗、寬電源電壓范圍、多樣的輸出類(lèi)型和內(nèi)部參考電壓選項(xiàng)等優(yōu)勢(shì)，為便攜式電子設(shè)備和對(duì)空間、功耗敏感的應(yīng)用提供了理想的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，結(jié)合器件的電氣特性、引腳配置和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理選擇和使用這些比較器，以確保設(shè)計(jì)的可靠性和性能。各位電子工程師們，在你們的設(shè)計(jì)中是否也遇到過(guò)對(duì)比較器尺寸和功耗有嚴(yán)格要求的情況呢？你們又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你們的經(jīng)驗(yàn)。