深入解析ADCMP391/ADCMP392/ADCMP393比較器：特性、應用與設計要點

在電子設計領域，比較器是將模擬信號轉換為數字信號的關鍵組件，廣泛應用于各種電路中。今天我們要探討的是Analog Devices公司的ADCMP391/ADCMP392/ADCMP393系列單/雙/四通道軌到軌輸入、低功耗比較器，它們在通用應用中表現出色，尤其適用于電池供電系統。

文件下載：ADCMP391.pdf

特性亮點

電源與電壓范圍

• 單電源供電：該系列比較器支持2.3V至5.5V的單電源電壓操作，這使得它們在不同電源環境下都能穩定工作，為設計帶來了極大的靈活性。
• 軌到軌共模輸入電壓范圍：輸入電壓范圍可擴展至電源軌之外200mV，即從 -200mV到VCC + 200mV，有效解決了傳統單差分對輸入級比較器在低電壓供電時輸入電壓受限的問題。

低功耗設計

不同型號的比較器在功耗方面表現優秀。單通道的ADCMP391僅消耗18.6μA的電源電流，雙通道的ADCMP392消耗22.1μA，四通道的ADCMP393消耗26.8μA。這種低電壓、低電流的特性，使其成為電池供電系統的理想選擇。

已知上電狀態

該系列比較器能夠保證在Vcc = 0.9V至欠壓鎖定（UVLO）期間輸出邏輯低電平，確保了系統在上電過程中的穩定性和可靠性。

寬溫度范圍

其工作溫度范圍為 -40°C至 +125°C，適用于各種惡劣的工業和汽車環境。

多種封裝類型

ADCMP391和ADCMP392采用8引腳窄體SOIC封裝，ADCMP393則提供14引腳窄體SOIC和14引腳TSSOP兩種封裝，方便不同的PCB布局需求。

規格參數

電源相關參數

• 電源電壓：Vcc范圍為2.3V至5.5V。
• 靜態電流：不同型號在不同測試條件下的靜態電流有所差異，如ADCMP391典型值為18.6μA，ADCMP392為22.1μA，ADCMP393為26.8μA。
• 欠壓鎖定：Vcc上升時的UVLO閾值典型值為2.162V，遲滯范圍為5mV至50mV。

輸入輸出參數

• 共模輸入范圍： -200mV至Vcc + 200mV。
• 輸入失調電壓：典型值為1mV，在不同溫度和輸入條件下會有所變化。
• 輸出低電壓：在不同Vcc和灌電流條件下有不同表現，如Vcc = 2.3V，灌電流為2.5mA時，典型值為0.1V。
• 輸出泄漏電流：最大為150nA。

比較器特性參數

• 電源抑制比（PSRR）：典型值為1.1dB。
• 共模抑制比（CMRR）：典型值為0.15dB。
• 電壓增益：典型值為4.7dB。
• 上升時間和下降時間：分別為4.9μs和4.5μs。
• 傳播延遲：不同型號和輸入條件下有所不同。

工作原理

基本比較器功能

比較器的基本功能是將INx+上的模擬信號與INx - 上的電壓進行比較，根據兩者的電位高低，OUTx輸出高或低電平。

軌到軌輸入（RRI）

傳統的單差分對輸入級比較器會限制輸入電壓范圍，而該系列比較器采用RRI技術，使輸入信號范圍能夠擴展到電源電壓范圍，甚至超出電源軌200mV。

開漏輸出

ADCMP391/ADCMP392/ADCMP393采用開漏輸出級，需要外接上拉電阻將輸出拉高到邏輯高電平。上拉電阻的選擇需要在避免過多功耗和快速切換邏輯電平之間進行平衡，輸出上升時間取決于上拉電阻（RPULLUP）和負載電容（CL）。

上電行為

在上電過程中，當Vcc達到0.9V時，比較器保證輸出低電平；當Vcc超過UVLO閾值后，比較器輸入開始起作用。

交叉偏置點

該系列比較器的軌到軌輸入采用雙前端設計，在共模范圍內的特定點（通常為0.8V和VCC - 0.8V）會發生交叉，此時測量的失調電壓會發生變化。

比較器遲滯

在噪聲環境或差分輸入幅度較小、變化緩慢的情況下，為比較器添加遲滯（VHYS）可以有效避免比較器因噪聲或反饋信號而頻繁切換狀態。當輸入電壓從閾值以下正向接近閾值時，比較器在輸入超過 +VHYS/2時從低電平切換到高電平；新的切換閾值變為 -VHYS/2，比較器保持高電平狀態，直到輸入從閾值以下負向穿過 -VHYS/2。

典型應用

添加遲滯

通過使用兩個電阻，可以為比較器創建不同的切換閾值，根據輸入信號的增減幅度來改變閾值。當輸入電壓增加時，閾值高于VREF；輸入電壓減小時，閾值低于VREF。

正電壓監測窗口比較器

用于監測正電源時，通過三個外部電阻將監測電壓VM分壓為高端電壓VPH和低端電壓VPL，分別連接到比較器的INA+和INB - 引腳。根據不同的過壓和欠壓觸發點，可以計算出相應的電阻值。

負電壓監測窗口比較器

監測負電壓時，需要在計算前從VM、VUV和VOV中減去參考電壓VREF。電阻分壓器將VREF和負電源電壓之間的電壓差分為高端電壓VNH和低端電壓VNL，分別連接到INC+和IND - 引腳。

可編程排序控制電路

該電路用于控制電源供電順序，通過上拉電阻（RPULLUP）、負載電容（CL）和電阻分壓器網絡來設置延遲。當SEQ信號從低電平變為高阻態時，負載電容開始充電，充電到上拉電壓的時間即為電路中可編程的最大延遲。通過改變比較器的閾值電壓V1至V4，可以調整每個輸出的延遲。

鏡像電壓序列器示例

在可編程排序控制電路的基礎上，添加一個電阻RMIRROR可以實現鏡像電壓序列。當SEQ信號從高阻態變為低電平時，負載電容開始以RMIRROR設定的速率放電，從而實現對稱的斷電序列。

閾值和超時可編程電壓監控器

該電路用于監控輸入電壓，通過設置閾值電壓和超時時間，確保輸入電壓穩定時才觸發RESET信號。當輸入電壓達到閾值時，OUT1從低電平變為高電平，開始對超時電容（CT）充電；如果輸入電壓在充電過程中低于閾值，超時電容迅速放電，防止OUT2切換。

設計要點與注意事項

封裝選擇

根據PCB布局和空間要求，選擇合適的封裝類型。不同封裝的熱阻不同，如8引腳窄體SOIC封裝的熱阻為121°C/W，14引腳窄體SOIC封裝為80°C/W，14引腳TSSOP封裝為125°C/W。

上拉電阻選擇

開漏輸出需要外接上拉電阻，上拉電阻的大小會影響輸出的上升時間和功耗。在選擇時，要綜合考慮系統的速度要求和功耗限制。

遲滯設置

在噪聲環境或輸入信號變化緩慢的情況下，合理設置遲滯可以提高比較器的抗干擾能力。通過調整電阻值來改變遲滯電壓，以滿足不同的應用需求。

ESD防護

該系列比較器是靜電放電（ESD）敏感設備，盡管具有專利或專有保護電路，但仍需采取適當的ESD預防措施，避免性能下降或功能喪失。

ADCMP391/ADCMP392/ADCMP393系列比較器憑借其豐富的特性、廣泛的應用場景和優秀的性能，為電子工程師在設計中提供了可靠的選擇。在實際應用中，我們需要根據具體需求合理選擇型號、封裝和參數，同時注意設計要點和注意事項，以確保系統的穩定性和可靠性。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。