MAX9914 - MAX9917：低功耗軌到軌運算放大器的卓越之選

在電子工程師的日常設計中，為電池供電應用挑選合適的運算放大器是一項關鍵任務。今天要給大家詳細介紹的 MAX9914 - MAX9917 系列運算放大器，憑借其出色的性能，在低功耗、高精度等方面表現卓越，是電池供電應用的理想之選。

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一、器件概述

MAX9914 - MAX9917 系列包含單通道的 MAX9914/MAX9915 和雙通道的 MAX9916/MAX9917 運算放大器。它們的顯著特點是實現了增益帶寬與供電電流的最大化比值，特別適合用于便攜式儀器、便攜式醫療設備和無線手持設備等電池供電的應用場景。這些 CMOS 運算放大器具有超低的 1pA 輸入偏置電流、軌到軌的輸入和輸出、僅 20μA 的低供電電流，并且可以在 1.8V 至 5.5V 的單電源下工作。其中，MAX9915/MAX9917 還具備低功耗關斷模式，能將供電電流降低至 1nA，并使放大器輸出處于高阻抗狀態。該系列器件的增益帶寬積為 1MHz，且單位增益穩定。

二、主要特性

2.1 高增益帶寬積與低功耗

該系列運算放大器具有 1MHz 的高增益帶寬積（GBW），同時供電電流極低。以 MAX9914/MAX9915 為例，在 1.8V 供電時，典型供電電流僅為 20μA；在 5.5V 供電時，典型值也不過 25μA。這種高增益帶寬與低功耗的完美結合，使得它們在電池供電設備中能夠有效延長電池續航時間。

2.2 寬電源電壓范圍

可在 1.8V 至 5.5V 的單電源電壓范圍內工作，這為設計人員提供了更大的電源選擇空間，能夠適應不同的電源配置需求。

2.3 超低輸入偏置電流

輸入偏置電流低至 1pA（典型值），并且由于輸入阻抗極高（約 1GΩ），輸入偏置電流隨輸入電壓的變化極小。這一特性在對輸入信號精度要求較高的應用中尤為重要，能夠有效減少因輸入偏置電流引起的誤差。

2.4 軌到軌輸入輸出

MAX9914 - MAX9917 采用了并聯連接的 n 溝道和 p 溝道差分輸入級，使得輸入共模電壓范圍能夠超出正負電源軌 100mV，同時具備出色的共模抑制能力。在負載為 100kΩ 時，輸出能夠驅動到離兩個電源軌 5mV 以內；在 5kΩ 負載下，擺幅也能達到離電源軌 60mV 以內。這種軌到軌的輸入輸出特性，使得它們能夠充分利用電源電壓范圍，提高信號處理的動態范圍。

2.5 低輸入失調電壓和失調電流

輸入失調電壓典型值為 ±200μV，輸入失調電流典型值為 ±1pA。這些低失調特性有助于提高放大器的精度，減少信號處理過程中的誤差。

2.6 關斷模式

MAX9915 和 MAX9917 具有低電平有效的關斷輸入。進入關斷模式的典型時間為 2μs，退出關斷模式的典型時間為 10μs。在關斷模式下，放大器輸出處于高阻抗狀態，供電電流可降低至 1nA（典型值），進一步節省了功耗。

2.7 多種封裝形式

提供了多種小型封裝形式，如 5 引腳和 6 引腳的 SC70 封裝、8 引腳的 SOT23 封裝以及 10 引腳的 μMAX 封裝。這些小型封裝有助于減小電路板面積，適合便攜式設備的設計需求。

三、電氣特性

3.1 電源相關特性

在不同的電源電壓和溫度條件下，供電電流和關斷供電電流都有明確的參數范圍。例如，在 25°C 時，MAX9914/MAX9915 在 1.8V 供電時供電電流為 20μA，在 -40°C 至 +85°C 溫度范圍內，MAX9914/MAX9915 在 5.5V 供電時最大供電電流為 29μA。

3.2 輸入輸出特性

輸入失調電壓、輸入偏置電流、輸入失調電流等參數在不同溫度下也有相應的變化范圍。例如，在 -40°C 至 +85°C 溫度范圍內，輸入失調電壓最大為 ±3mV。輸出電壓擺幅在不同負載電阻下也有特定的數值，如在 100kΩ 負載下，輸出電壓擺幅在高電平時離電源軌 6mV 以內，低電平時離電源軌 5mV 以內。

3.3 交流特性

增益帶寬積為 1MHz，相位裕度在 CL = 15pF 時為 45°，增益裕度為 10dB，壓擺率為 0.5V/μs。這些交流特性決定了放大器在處理交流信號時的性能。

四、典型應用電路

文檔中給出了一個典型的工作電路，以 MAX9916 為例，通過電阻 R1 - R4 可以實現不同的增益。對于 R1 = R4 且 R2 = R3 的情況，增益計算公式為 GAIN = 1 + R4/R2。這種電路結構可以方便地實現特定的增益需求，適用于各種信號放大應用。

五、應用信息

5.1 驅動容性負載

該系列放大器在負載電容不超過 30pF 時單位增益穩定。當放大器配置為最小 10V/V 的增益時，容性負載可以增加到 100pF。對于需要更大容性驅動能力的應用，可以在輸出和容性負載之間使用隔離電阻。在單位增益應用且負載電阻 RL 相對較小（約 5kΩ）時，容性負載也可以增加到 100pF。

5.2 電源考慮

MAX9914 - MAX9917 針對 1.8V 至 5.5V 的單電源操作進行了優化。高達 85dB（典型值）的高電源抑制比允許直接使用電池供電，既簡化了設計又延長了電池壽命。

5.3 上電建立時間

上電后，MAX9914 - MAX9917 通常需要 2μs 來完成建立。電源建立時間取決于電源電壓、旁路電容的值、輸入電源的輸出阻抗以及組件之間的任何引線電阻或電感。運算放大器的建立時間主要取決于輸出電壓，并且受到壓擺率的限制。

5.4 電源旁路和布局

為了最小化噪聲，應盡可能靠近引腳將 VDD 通過 0.1μF 的電容旁路到地。良好的布局技術可以通過減少運算放大器輸入和輸出的雜散電容和電感來優化性能，將外部組件靠近 IC 放置可以有效減小雜散電容和電感。

六、總結

MAX9914 - MAX9917 系列運算放大器憑借其高增益帶寬、低功耗、寬電源電壓范圍、超低輸入偏置電流、軌到軌輸入輸出等特性，非常適合各種電池供電的應用場景。在設計過程中，工程師可以根據具體的應用需求，合理選擇合適的型號和封裝，并注意驅動容性負載、電源考慮、上電建立時間以及電源旁路和布局等方面的問題，以充分發揮這些器件的性能優勢。大家在實際應用中有沒有遇到過類似運算放大器的使用問題呢？歡迎在評論區分享交流。