探索ADCMP394/ADCMP395/ADCMP396：高精度比較器的卓越性能與應用

在電子設計領域，比較器是一種基礎且關鍵的器件，它能將模擬信號轉換為數字信號，廣泛應用于各種電路中。今天，我們要深入探討的是Analog Devices公司的ADCMP394/ADCMP395/ADCMP396系列比較器，看看它們有哪些獨特的特性和應用場景。

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產品概述

ADCMP394/ADCMP395/ADCMP396是單/雙/四通道軌到軌輸入、低功耗比較器，適用于通用應用。它們的供電電壓范圍為2.3V至5.5V，消耗的電流極小。其中，單通道的ADCMP394僅消耗33.9μA的電源電流，雙通道的ADCMP395和四通道的ADCMP396分別消耗37.2μA和41.6μA的電源電流。這種低電壓、低電流的特性使它們非常適合電池供電系統。

關鍵特性

高精度參考輸出電壓

該系列比較器具有1V ± 0.9%的高精度參考輸出電壓。這個參考電壓輸出可以直接連接到比較器輸入，作為精確監測和檢測正電壓的跳變值，也可以在監測負電壓時作為偏移量。

寬電源電壓范圍與低功耗

支持2.3V至5.5V的單電源電壓操作，并且不同通道的比較器消耗的電流都很低，這對于需要低功耗設計的應用來說非常重要。例如在電池管理系統中，低功耗可以延長電池的使用壽命。

軌到軌共模輸入電壓范圍

輸入電壓范圍可以超出電源軌200mV，這大大擴展了比較器的應用范圍，使其能夠處理更廣泛的輸入信號。

低輸入失調電壓

在整個共模范圍內，典型輸入失調電壓僅為1mV，這有助于提高比較器的精度。

欠壓鎖定功能

當VCC從0.9V到欠壓鎖定（UVLO）時，能保證比較器輸出邏輯低電平，增強了系統的穩定性。

寬工作溫度范圍

可在?40°C至+125°C的溫度范圍內工作，適用于各種惡劣環境。

多種封裝類型

提供8引腳窄體SOIC（ADCMP394）、10引腳MSOP（ADCMP395）和16引腳窄體SOIC（ADCMP396）三種封裝類型，方便不同的設計需求。

電氣特性

電源特性

• 電源電壓范圍：2.3V至5.5V，在這個范圍內能保證比較器正常工作。
• 靜態電流：不同型號的比較器在不同輸出狀態下的靜態電流有所不同，例如ADCMP394在所有輸出處于高阻態時，典型靜態電流為33.9μA。

  參考輸出特性

  參考輸出電壓在IREF = ±1mA，TA = -40°C至+85°C的條件下，為0.991V至1.008V。

  比較器輸入特性

• 共模輸入范圍：-200mV至VCC + 200mV。
• 輸入失調電壓：典型值為0.5mV，最大值為2.5mV。
• 輸入失調電流：典型值為1nA，最大值為5nA。

  比較器輸出特性

• 輸出低電壓：在VCC = 2.3V，ISINK = 2.5mA的條件下，典型值為0.1V。
• 輸出泄漏電流：在Vour = 0V至5.5V的范圍內，最大值為150nA。

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INx+和INx?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RRI級允許輸入信號范圍擴展到電源電壓范圍。在ADCMP394/ADCMP395/ADCMP396中，輸入可以在電源軌之外200mV繼續工作。

開漏輸出

該系列比較器采用開漏輸出級，需要一個外部上拉電阻將輸出拉到邏輯高電平。上拉電阻的選擇要兼顧避免過多的功率損耗和快速切換邏輯電平的需求。開漏輸出的上升時間可以通過公式(t{R}=2.2 R{P U L L U P} C_{L})計算。

上電行為

上電時，當VCC達到0.9V，比較器保證輸出低邏輯電平；當VCC引腳電壓超過UVLO時，比較器輸入開始起作用。

交叉偏置點

這種架構的軌到軌輸入在共模范圍內的某個預定點會發生交叉，此時測量的失調電壓會發生變化，通常在0.8V和VCC - 0.8V處。

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（VHYST）可以避免比較器因噪聲或反饋輸出信號而頻繁切換狀態。

典型應用

添加遲滯

通過兩個電阻可以為比較器創建不同的開關閾值，根據輸入信號的增減幅度來設置。計算公式如下：

• 上輸入閾值電平：(V{I N{-} H I}=frac{V_{R E F}(R 1+R 2)}{R 2})
• 下輸入閾值電平：(V{I N{-} L O}=frac{V{R E F}left(R 1+R 2+R{P U L L U P}right)-V{C C} R 1}{R 2+R{P U L L U P}})
• 遲滯：(V{H Y S}=frac{V{R E F} timesleft(R 1 × R{P U L L-U P}right)+V{C C} times(R 1 × R 2)}{R 2left(R 2+R_{P U L L-U P}right)})

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正電壓分為高側電壓和低側電壓，分別連接到比較器的不同引腳。觸發過壓和欠壓條件的計算如下：

• 低側電壓：(V{P L}=V{R E F}=V{O V}left(frac{R{Z}}{R{X}+R{Y}+R_{Z}}right))
• (R{Z})的計算：(R{Z}=frac{left(V{R E F}right)left(V{M}right)}{left(V{O V}right)left(I{M}right)})
• 高側電壓：(V{P H}=V{R E F}=V{U V}left(frac{R{Y}+R{Z}}{R{X}+R{Y}+R{Z}}right))
• (R{Y})的計算：(R{Y}=frac{left(V{R E F}right)left(V{M}right)}{left(V{U V}right)left(I{M}right)}-R_{Z})

負電壓監測窗口比較器

監測負電壓時，需要對相關公式進行一些修改。例如，計算高側電壓和低側電壓的公式如下：

• 高側電壓：(V{N H}=G N D=left[left(V{R E F}-V{O V}right)left(frac{R{X}+R{Y}}{R{X}+R{Y}+R{Z}}right)right]+V_{O V})
• (R{Z})的計算：(R{Z}=frac{V{R E F}left(V{M}-V{R E F}right)}{I{M}left(V{R E F}-V{O V}right)})
• 低側電壓：(V{N L}=G N D=left[left(V{R E F}-V{U V}right)left(frac{R{X}}{R{X}+R{Y}+R{Z}}right)right]+V{U V})

可編程排序控制電路

該電路用于控制電源排序，通過上拉電阻、負載電容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就是電路中可編程的最大延遲。計算公式為(t{MAX }=2.2 R{P U L L U P} C_{L O A D})。

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，負載電容開始放電，放電速率由RMIRROR決定。

閾值和超時可編程電壓監控器

該電路可以防止設備在輸入電壓不穩定時工作。當VIN達到閾值電壓時，開始對超時電容（CT）充電，如果VIN保持在閾值電壓以上且CT中的電壓達到VREF，OUT2切換；如果VIN在CT充電時低于閾值電壓，CT快速放電，防止OUT2切換。

總結

ADCMP394/ADCMP395/ADCMP396系列比較器以其高精度、低功耗、寬輸入范圍等特性，為電子工程師提供了一個強大的設計工具。無論是在電池管理、電源檢測還是其他通用應用中，它們都能發揮出色的性能。在實際設計中，我們需要根據具體的應用需求，合理選擇比較器的型號和參數，以實現最佳的設計效果。大家在使用這些比較器的過程中，有沒有遇到過什么有趣的問題或者獨特的應用場景呢？歡迎在評論區分享。