MAX9940：低電壓設備信號線路過壓保護器的卓越選擇

在電子設備的設計中，低電壓設備的電路保護至關重要，尤其是在面對高電壓故障和靜電放電（ESD）沖擊時。今天，我們就來深入探討一下Maxim公司推出的MAX9940信號線路過壓保護器，看看它是如何為低電壓數字通信端口提供可靠保護的。

文件下載：MAX9940.pdf

一、產品概述

MAX9940專為低電壓數字通信端口設計，能有效抵御高電壓故障和ESD沖擊。對于像Maxim 1 - Wire?這類敏感的通信協議來說，它尤為實用。因為這些協議無法采用傳統的故障保護手段，如大型串聯電阻或大線路電容，而MAX9940正好解決了這一難題。

它的工作電壓范圍為+2.2V至+5.5V，靜態供電電流僅13μA，非常節能。其EXT端口能承受高達28V的電壓，反應時間僅60ns，可在故障發生時快速響應。此外，它還能在-40°C至+125°C的汽車級溫度范圍內穩定工作。

二、產品特性

1. 高電壓保護

EXT端口具備28V的保護能力，同時提供擴展的ESD保護，在EXT端口可承受±4kV的IEC 61000 - 4接觸式ESD沖擊，為設備提供了可靠的防護。

2. 寬電壓范圍

工作電源電壓范圍為+2.2V至+5.5V，能適應多種不同的電源環境，增加了產品的通用性。

3. 低功耗

僅13μA的靜態供電電流，大大降低了設備的功耗，延長了電池續航時間，對于便攜式設備尤為重要。

4. 快速響應

60ns的故障反應時間，能在瞬間檢測到故障并采取保護措施，有效減少故障對設備的損害。

5. 小巧封裝

采用5引腳SC70小封裝，節省了電路板空間，適合對空間要求較高的設計。

6. 寬溫度范圍

可在-40°C至+125°C的溫度范圍內正常工作，能適應各種惡劣的環境條件。

三、應用領域

MAX9940的應用領域十分廣泛，包括筆記本電腦、便攜式設備和工業設備等。在這些設備中，它能有效保護低電壓設備免受高電壓故障和ESD沖擊的影響，提高設備的可靠性和穩定性。

四、技術參數

1. 絕對最大額定值

• VCC：-0.3V至+6V
• INT：-0.3V至+6V
• EXT：-0.3V至+30V
• 任何端子的連續輸入電流：±20mA
• 連續功率耗散（TA = +70°C）：245mW（5引腳SC70，+70°C以上以3.1mW/°C降額）
• 工作溫度范圍：-40°C至+125°C
• 結溫：+150°C
• 儲存溫度范圍：-65°C至+150°C

超出這些絕對最大額定值的應力可能會對設備造成永久性損壞，因此在使用時務必注意。

2. 電氣特性

在VCC = +3.3V，RINT PULLUP = 2k至VDD，VDD = 3.3V的條件下，MAX9940具有以下典型電氣特性：

• 電源電壓：2.2V至5.5V
• 靜態供電電流：典型值13μA，最大值21μA
• INT電壓范圍：0V至5.5V
• EXT電壓范圍：-0.7V至+28V
• 開關導通電阻：典型值43.5Ω，最大值77.5Ω
• 開關導通電容：典型值38pF
• INT關斷電容：典型值27pF

這些電氣特性為工程師在設計電路時提供了重要的參考依據。

五、內部結構與工作原理

1. 串聯開關

MAX9940內部有一個串聯開關，用于連接低電壓設備（如微控制器）和外部通信設備（如1 - Wire或I2C從設備）。當開關被禁用或出現故障時，它會自動關閉，將微控制器與可能的損壞隔離開來。其標稱開關電阻為38Ω，由并聯的DMOS和HV - pMOS器件組成。當EXT端的電壓超過電源電壓時，電路能確保pMOS器件正確關閉，開關能承受EXT端最大28V的電壓。

2. 比較器

該產品還內置了一個低功耗、高速比較器，用于檢測EXT端的高電壓情況。一旦檢測到高電壓，比較器會迅速關閉串聯開關，將INT和EXT通道隔離開來。比較器的標稱遲滯為128mV，能有效防止誤觸發。只要EXT端的負電壓電流限制在20mA以內，也是允許的。

六、典型應用電路

MAX9940有多種典型應用電路，不同的電路在功耗和故障保護方面有不同的特點：

1. 電池供電設備推薦方案

在這種方案中，微控制器的ENABLE端口為MAX9940提供靜態電流和數字通信所需的電流。當將ENABLE端口置為0時，MAX9940進入零功率關斷模式，可防止在EXT端發生接地短路故障時出現功率損耗。即使VCC = 0，EXT端仍能承受高達28V的直流電壓。

2. 需要將MAX9940置于關斷狀態的應用方案

微控制器的ENABLE端口為MAX9940供電，其低至13μA的工作電流使得標準數字I/O端口能輕松提供所需電流，且不會有明顯的電壓降。將ENABLE端口置為0，可使MAX9940進入零功率模式，節省電池電量。不過，由于INT到VCC之間沒有內部ESD二極管，INT端的電壓能保持在VDD，不會從RP或電池中吸取電流。但INT到EXT之間存在內部二極管，因此在EXT端發生接地短路故障時，會有電流通過RP，導致VDD的功率損耗，可能會縮短電池壽命。

3. 非電池供電應用的推薦工作電路

在該電路中，VDD直接為MAX9940供電，會持續消耗靜態電流。只要EXT端的電壓低于VCC，INT和EXT之間的內部FET就會保持導通。因此，在EXT端發生接地短路故障時，會有電流通過RP，導致VDD的功率損耗，可能會縮短設備的使用壽命。

七、總結

MAX9940作為一款優秀的信號線路過壓保護器，憑借其出色的性能和豐富的特性，為低電壓設備的電路保護提供了可靠的解決方案。它不僅能有效抵御高電壓故障和ESD沖擊，還具有低功耗、快速響應等優點，適用于多種不同的應用場景。在實際設計中，工程師可以根據具體需求選擇合適的應用電路，以達到最佳的保護效果和功耗控制。大家在使用過程中有沒有遇到過類似產品的其他問題呢？歡迎在評論區分享交流。