MAX44267：單電源雙運算放大器的卓越之選

在電子設計領域，運算放大器是不可或缺的基礎元件。今天要給大家介紹一款性能出色的單電源雙運算放大器——MAX44267，它在精度、噪聲、輸出范圍等方面都有出色的表現，能為眾多應用場景提供可靠的解決方案。

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一、器件概述

MAX44267是一款高精度、低噪聲、低漂移的雙運算放大器。它最大的亮點在于能夠在單 +15V 電源供電的情況下，實現大于 ±10V 的真正雙極性輸出，這一特性大大消除了負電源的空間和成本需求。其輸入共模范圍從 +13.5V 延伸至 -12V，并且集成了電荷泵電路，通過外部電容產生負電壓軌，使得該放大器在單 +4.5V 至 +15V 電源下工作時，效果等同于普通的 ±4.5V 至 ±15V 雙電源放大器，有效節省了系統成本和尺寸。

二、優勢與特性

2.1 輸出特性

• 真正的雙極性輸出：單 +15V 電源就能實現大于 ±10V 的輸出，省去了負電源的配置，節省空間和成本。
• 真正的零輸出：單電源下也能實現零輸出，有助于最大化 ADC 的動態范圍，提高分辨率。

2.2 精度特性

• 低輸入失調電壓：最大僅 50μV，能夠在不同溫度下實現高精度傳感。
• 低失調漂移：最大 0.4μV/°C，保證了在溫度變化時的測量精度。

2.3 噪聲特性

• 低輸入噪聲：1kHz 時輸入噪聲低至 9nV/√Hz，為 ADC 提供了寬廣的動態范圍。

2.4 頻率特性

• 高增益帶寬積：5MHz 的增益帶寬積，提供了寬廣的頻率輸入范圍。

2.5 功耗特性

• 低靜態電流：最大 2.4mA 的靜態電流，降低了功耗，使器件運行更涼爽。

2.6 其他特性

• 集成 EMI 濾波器：降低了對電機和其他高頻噪聲源的敏感度。
• 14 引腳 TSSOP 封裝：搭配外部電荷泵電容，可實現噪聲優化。

三、應用場景

MAX44267 的出色性能使其在多個領域都有廣泛的應用，例如：

• PLC 模擬 I/O 模塊：高精度和低噪聲特性能夠滿足 PLC 對模擬信號處理的要求。
• 傳感器接口：適用于壓力傳感器、橋傳感器等各類傳感器，能夠準確地處理傳感器輸出的微弱信號。
• 模擬電平轉換/調理：可以對模擬信號進行有效的電平轉換和調理，為后續電路提供合適的信號。

四、電氣特性

4.1 電源相關特性

• 電源電壓輸入范圍：VDD 和 CPVDD 的輸入范圍均為 4.5V 至 15.5V，保證了在不同電源條件下的穩定工作。
• 電荷泵負電源輸出：在不同的 VDD 電壓下，CPVSS 和 VSS 有相應的輸出，為放大器提供了必要的負電源。
• 電源抑制比（PSRR）：在不同溫度和電源電壓范圍內，PSRR 表現良好，能夠有效抑制電源噪聲。

4.2 輸入輸出特性

• 輸入失調電壓：最大 50μV，且失調電壓漂移最大為 0.4μV/°C，保證了輸入信號的準確性。
• 輸入偏置電流：在不同溫度下，輸入偏置電流較小，減少了對輸入信號的影響。
• 開環增益：在不同的 VDD 電壓和輸出電壓范圍內，開環增益較高，保證了放大器的放大能力。
• 最大輸出電流：灌電流最大 17mA，拉電流最大 36mA，能夠滿足不同負載的需求。
• 輸出電壓擺幅：在不同的 VDD 電壓和負載條件下，輸出電壓擺幅能夠達到較高的值，提供了較大的輸出動態范圍。

4.3 交流特性

• 輸入電壓噪聲密度：1kHz 時為 9nV/√Hz，在 0.1Hz 至 10Hz 范圍內為 200nV P - P，保證了在不同頻率下的低噪聲性能。
• 增益帶寬積：5MHz，提供了較寬的頻率響應范圍。
• 壓擺率：3V/μs，能夠快速響應輸入信號的變化。

五、典型工作特性

文檔中給出了多個典型工作特性曲線，例如總電源電流與溫度、VDD 的關系，CPVSS 和 VSS 與 VDD 的關系等。這些曲線直觀地展示了器件在不同條件下的性能表現，幫助工程師更好地了解器件的特性，從而進行合理的設計。

六、引腳配置與說明

MAX44267 采用 14 引腳 TSSOP 封裝，每個引腳都有明確的功能。例如，OUTA 和 OUTB 分別為通道 A 和通道 B 的輸出引腳，INA - 和 INA + 為通道 A 的負輸入和正輸入引腳等。在使用時，需要根據引腳功能正確連接外部電路，特別是外部電容的連接，對于電荷泵的正常工作至關重要。

七、詳細設計要點

7.1 內部電荷泵

MAX44267 集成的電荷泵為兩個放大器提供了共用的負電壓軌（VSS），但該負電源的灌電流能力有限。如果超過其能力進行加載，會導致負電源電壓降低，影響輸出擺幅和精度。因此，每個通道的灌電流通常不應超過 17mA，兩個通道的總加載電流也需保持在 17mA 以下。

7.2 ESD 網絡問題

由于 MAX44267 的輸出擺幅可能低于 0V，而其他電路可能以 0V 為最負端，因此要注意避免其他電路的 ESD 網絡對其輸出進行鉗位。常見的解決方法是對輸出進行電平轉換，同時要確保不超過周圍器件的絕對最大額定值。

7.3 電容選擇

• 飛行電容（CFLY）：增大其值可以降低輸出電阻，但超過 0.047μF 后，增加電容值的效果不明顯，因為內部開關電阻和電容 ESR 會主導輸出電阻。
• 輸出電容（CHOLD）：增大其值可以降低輸出紋波電壓，降低其 ESR 可以同時降低輸出電阻和紋波。對于輕負載，如果能容忍較高的輸出紋波，可以使用較低電容值的電容。
• CPVSS 旁路電容：需要連接一個最小 0.1μF 的低 ESR 電容到 CPGND，以降低 AC 阻抗和電荷泵開關噪聲的影響。

7.4 噪聲抑制

MAX44267 內部消除了 1/f 噪聲，適合直流或低頻、高精度應用。同時，其輸入 EMI 濾波器可以避免輸出受到射頻干擾，該濾波器由無源器件組成，對高頻信號呈現較高的阻抗。

7.5 近零源阻抗問題

負電壓發生器的電流吸收能力有限，如果一個或兩個放大器的輸出灌電流過載，會導致調節失效，限制負向輸出擺幅，甚至可能使器件進入閂鎖狀態。不過，這種閂鎖是非破壞性的，故障條件消除后器件會恢復正常。因此，建議每個輸出通道連接 5kΩ 負載，總輸出灌電流峰值不超過 15mA。當驅動接近輸出極限的負載時，輸入應采用高阻抗源或添加 5kΩ 保護串聯電阻。

八、應用案例

8.1 無儀表放大器的電橋測量配置

MAX44267 的低輸入失調電壓和低噪聲特性使其非常適合用于應變計偏置。通過將電橋偏置電壓加倍，可以提高靈敏度并消除共模誤差。例如，在一個典型的電橋配置中，假設橋臂電阻為 10kΩ，噪聲約為 24nV/√Hz，經過 100 倍放大后為 2.4μV。如果帶寬控制在 100Hz，噪聲約為 24μV RMS 或 300μV P - P，信號噪聲比可達 68dB。通過長時間平均讀數，可以進一步提高分辨率和降低對 60Hz 電源系統的敏感度。

8.2 典型應用電路

文檔中給出了一個典型應用電路，包含了 MAX44267 與其他器件（如 MAX14778、MAX11166 等）的組合，構成了一個完整的超軌信號鏈解決方案。通過合理選擇不同器件，可以滿足不同的電壓供應范圍、輸入電壓范圍等需求。

九、布局指南

由于 MAX44267 具有超低失調電壓和噪聲，塞貝克效應誤差會變得顯著。因此，在 PCB 布局時，應避免不同金屬交界處出現溫度梯度，例如將放大器遠離潛在熱源，使電阻兩端均勻受熱，匹配輸入信號路徑以確保熱電結的類型和數量相同。此外，建議在 PCB 上鋪設接地平面，以均勻分布熱量，減少塞貝克效應導致的失調電壓退化。

十、總結

MAX44267 作為一款高性能的單電源雙運算放大器，在輸出范圍、精度、噪聲等方面都有出色的表現，并且通過集成電荷泵等技術，有效節省了系統成本和尺寸。在實際應用中，工程師需要根據具體需求，合理選擇外部電容，注意 ESD 網絡、近零源阻抗等問題，并遵循布局指南，以充分發揮其性能優勢。希望本文能為大家在使用 MAX44267 進行電子設計時提供一些有用的參考。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。