MAX987/MAX988/系列高速微功耗低電壓比較器詳解

作為一名電子工程師，在日常的電路設計工作中，比較器是我們經常會用到的基礎元件之一。今天要給大家詳細介紹的是 Maxim Integrated 推出的 MAX987、MAX988、MAX991、MAX992、MAX995 和 MAX996 系列高速、微功耗、低電壓、軌到軌輸入輸出（Rail-to-Rail I/O）比較器，它們在各類電子系統中都有廣泛的應用前景。

文件下載：MAX992.pdf

一、產品概述

這一系列比較器包括單通道、雙通道和四通道的型號，具有低電壓工作和軌到軌輸入輸出的特性。其工作電壓范圍從 +2.5V 到 +5.5V，既適用于 3V 系統，也適用于 5V 系統，還能使用 ±1.25V 到 ±2.75V 的雙電源供電，每通道僅消耗 48μA 的電流，同時實現了 120ns 的傳播延遲。輸入偏置電流典型值為 1.0pA，輸入失調電壓典型值為 0.5mV，內部遲滯功能確保即使輸入信號變化緩慢，輸出也能干凈利落地切換。

輸出級設計特點

不同型號在輸出級設計上有所不同。MAX987、MAX991、MAX995 采用推挽輸出級，能夠吸收和提供電流，內部大輸出驅動器允許在負載高達 8mA 時實現軌到軌輸出擺幅；而 MAX988、MAX992、MAX996 則采用開漏輸出級，其輸出電壓可被拉至高于 VCC 至比 VEE 高 6V（最大值），這種開漏版本非常適合用作電平轉換器和雙極性到單端轉換器。

封裝形式

單通道的 MAX987 和 MAX988 采用小巧的 5 引腳 SC70 封裝，雙通道的 MAX991 和 MAX992 采用超小型 μMAX? 封裝，這些節省空間的封裝形式方便我們在設計緊湊的電路板時使用。

二、產品選型

在實際設計中，我們可以根據具體的應用需求，如需要的比較器通道數量、輸出級類型等，來選擇合適的型號。

三、產品優勢與特點

高速與低功耗

• 120ns 的傳播延遲，能夠滿足高速信號處理的需求。
• 每通道僅 48μA 的靜態電源電流，大大降低了系統的功耗，尤其適用于電池供電的便攜式設備。

寬電壓范圍與軌到軌特性

• +2.5V 到 +5.5V 的單電源工作范圍，以及可使用雙電源供電，增加了設計的靈活性。
• 共模輸入電壓范圍可超出電源軌 250mV，使得在不同的輸入信號環境下都能穩定工作。

輸出級優勢

• 推挽輸出級可吸收和提供 8mA 電流（MAX987/MAX991/MAX995），能夠直接驅動一定負載。
• 開漏輸出電壓可超出 VCC（MAX988/MAX992/MAX996），方便進行電平轉換。
• 獨特的輸出級設計減少了輸出切換電流，從而降低了整體功耗，在 1MHz 切換頻率下，電源電流僅為 100μA。

可靠性

• 對于過驅動輸入不會發生相位反轉，保證了信號處理的準確性。

小封裝

提供節省空間的封裝形式，如 5 引腳 SC70（MAX987/MAX988）和 8 引腳 μMAX（MAX991/MAX992），適合小型化設計。

四、應用領域

• 便攜式/電池供電系統：微功耗的特性使其能夠延長電池的使用壽命，滿足便攜式設備對低功耗的嚴格要求。
• 移動通訊：在移動通訊設備中，這些比較器可以用于信號處理和電平轉換等環節，確保信號的準確傳輸和處理。
• 過零檢測器：可實現對信號過零點的準確檢測，在交流信號處理等應用中非常有用。
• 窗口比較器：用于判斷輸入信號是否在特定的電壓窗口范圍內，實現信號的篩選和判斷。
• 電平轉換器：開漏輸出的型號（MAX988/MAX992/MAX996）可方便地實現不同電平之間的轉換，滿足不同電路對電平的要求。
• 閾值檢測器/鑒別器：能夠準確檢測輸入信號是否達到設定的閾值，實現信號的鑒別和判斷。
• 接地/電源感應：用于檢測接地或電源的狀態，確保系統的正常運行。
• 紅外接收器：在紅外接收電路中，可對紅外信號進行處理和判斷。
• 數字線路接收器：對數字線路中的信號進行接收和處理。

五、電氣特性

文檔中詳細給出了該系列比較器在不同條件下的電氣特性參數，包括電源電壓、電源電流、電源抑制比、共模電壓范圍、輸入失調電壓、輸入偏置電流等。這些參數對于我們在設計電路時評估比較器的性能和選擇合適的工作條件非常重要。例如，在選擇電源電壓時，需要確保其在比較器允許的范圍內，以保證比較器的正常工作；而輸入失調電壓和輸入偏置電流等參數則會影響比較器的精度和穩定性。

六、典型工作特性

通過一系列的圖表展示了比較器在不同工作條件下的典型特性，如每比較器的電源電流與溫度的關系、輸出高電壓與輸出源電流的關系、輸出短路電流與溫度的關系等。這些特性曲線可以幫助我們直觀地了解比較器在不同情況下的性能表現，從而更好地進行電路設計和優化。例如，從電源電流與溫度的關系曲線中，我們可以預測在不同溫度環境下比較器的功耗變化，進而評估其對整個系統功耗的影響。

七、引腳說明

詳細說明了各個型號比較器的引腳名稱和功能，包括比較器輸出、正電源電壓、非反相輸入、反相輸入、負電源電壓等引腳。了解引腳功能對于正確連接比較器和設計外圍電路至關重要。在實際焊接和布線時，我們需要嚴格按照引腳說明進行操作，以避免因引腳連接錯誤而導致比較器無法正常工作。

八、詳細電路分析

輸入級電路

輸入共模范圍從 -0.25V 到 ((V_{CC}+0.25 ~V))，在這個范圍內，比較器可以在任意差分輸入電壓下正常工作。輸入偏置電流在輸入電壓處于電源軌之間時典型值為 1.0pA，并且內部的體二極管可以保護比較器輸入免受過電壓的影響。當輸入電壓超過電源軌時，體二極管會正向導通并開始傳導電流，導致偏置電流隨輸入電壓的增加而指數上升。

輸出級電路

該系列比較器的輸出級能夠在高達 8mA 的負載下實現軌到軌操作。與許多其他比較器在切換時消耗比穩態運行時大得多的電流不同，這一系列比較器在輸出轉換期間的電源電流變化極小。從典型工作特性部分的“每比較器的電源電流與輸出轉換頻率”圖中可以看出，當輸出切換頻率接近 1MHz 時，電源電流的增加非常小。這種特性使得在高速、電池供電的應用中，無需使用電源濾波電容來減少比較器切換電流產生的干擾，從而顯著延長了電池的使用壽命。

九、應用信息

額外遲滯

MAX987、MAX991、MAX995 具有 ±2.5mV 的內部遲滯，還可以通過三個電阻使用正反饋來產生額外的遲滯，但這種方法會減慢遲滯響應時間。文檔中給出了計算電阻值的具體步驟，我們可以根據實際需求來計算合適的電阻值，以獲得所需的額外遲滯。 MAX988、MAX992、MAX996 同樣具有 ±2.5mV 的內部遲滯，其開漏輸出需要外部上拉電阻。產生額外遲滯的公式與 MAX987、MAX991、MAX995 略有不同，文檔中也給出了相應的計算步驟。

電路布局和去耦

為了充分發揮比較器的高速性能，在電路設計時需要采取一些預防措施：

• 使用具有完整、低電感接地平面的 PCB，以減少電磁干擾和信號噪聲。
• 在靠近 (V_{CC}) 引腳的位置放置去耦電容（如 0.1μF 的陶瓷電容），以穩定電源電壓，減少電源波動對比較器的影響。
• 在輸入和輸出端保持引腳長度短，避免比較器周圍出現不必要的寄生反饋，影響比較器的性能。
• 直接將器件焊接到 PCB 上，而不是使用插座，以減少接觸電阻和寄生電容，提高電路的穩定性。

典型應用電路

文檔中給出了零交叉檢測器和邏輯電平轉換器的應用示例，通過實際的電路連接圖展示了如何使用這些比較器實現特定的功能。這些示例電路為我們在實際設計中提供了參考，我們可以根據具體需求對電路進行適當的修改和優化。

十、封裝信息和訂購信息

提供了比較器的封裝尺寸、引腳布局等詳細信息，以及不同型號的訂購代碼和標記。在選擇封裝時，我們需要考慮電路板的空間限制和焊接工藝等因素；而訂購信息則方便我們根據實際需求進行器件的采購。

總之，MAX987、MAX988、MAX991、MAX992、MAX995 和 MAX996 系列比較器以其高速、微功耗、低電壓和軌到軌輸入輸出等優點，為電子工程師在各種應用場景下提供了一個優秀的選擇。在實際設計過程中，我們需要根據具體的應用需求，結合比較器的電氣特性、典型工作特性和引腳說明等信息，合理選擇型號和設計外圍電路，同時注意電路布局和去耦等問題，以充分發揮比較器的性能優勢，實現高質量的電路設計。大家在使用過程中遇到任何問題，歡迎在評論區留言討論。