探索MAX9015 - MAX9020：小封裝大能量的nanoPower比較器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，比較器是一種常用的基礎(chǔ)器件，它能對兩個(gè)輸入信號進(jìn)行比較，并輸出高低電平信號。今天，我們要深入剖析的是Maxim Integrated推出的MAX9015 - MAX9020系列比較器，它們在小封裝內(nèi)集成了強(qiáng)大的功能，尤其適合低功耗應(yīng)用。

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產(chǎn)品概述

MAX9015 - MAX9020系列比較器采用節(jié)省空間的SOT23封裝，有單通道（MAX9015/MAX9016）和雙通道（MAX9017 - MAX9020）版本。該系列比較器具備Beyond - the - Rails?輸入特性，能在低至1.8V的電源電壓下穩(wěn)定工作。A等級封裝內(nèi)置1.236V ±1%的參考電壓，B等級封裝則提供1.24V ±1.75%的參考電壓。其超低的電源電流消耗，如MAX9019/MAX9020為0.85μA，MAX9015/MAX9016為1μA，MAX9017/MAX9018為1.2μA，使其成為兩電池監(jiān)測/管理應(yīng)用的理想選擇。

產(chǎn)品特性

超低功耗

超低的電源電流消耗是該系列比較器的一大亮點(diǎn)。在如今對功耗要求越來越高的應(yīng)用場景中，如可穿戴設(shè)備、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等，這種低功耗特性能夠顯著延長電池的使用壽命，減少頻繁更換電池的麻煩。例如，在一個(gè)使用兩電池供電的無線傳感器節(jié)點(diǎn)中，采用MAX9019/MAX9020比較器，其0.85μA的超低電源電流可以讓節(jié)點(diǎn)在一次電池充電后運(yùn)行更長時(shí)間，降低維護(hù)成本。

寬輸入電壓范圍

Beyond - the - Rails?輸入特性使得輸入電壓范圍能夠擴(kuò)展至電源軌之外200mV，這為設(shè)計(jì)帶來了更大的靈活性。在實(shí)際應(yīng)用中，輸入信號可能會受到噪聲、干擾等因素的影響，導(dǎo)致信號超出電源軌范圍。而該系列比較器能夠正常處理這種超出電源軌的輸入信號，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

高精度性能

該系列比較器具有高精度的特點(diǎn)，輸入失調(diào)電壓 (V_{OS}) 最大不超過5mV，內(nèi)部4mV的遲滯確保了即使在輸入信號緩慢變化的情況下，輸出也能干凈利落地切換，避免了因噪聲或寄生反饋導(dǎo)致的振蕩問題。這種高精度性能使得它在對信號精度要求較高的應(yīng)用中表現(xiàn)出色，如醫(yī)療儀器、工業(yè)測量等領(lǐng)域。

多樣的輸出類型

MAX9015/MAX9017/MAX9019具有推挽輸出級，能夠吸收和提供電流，可驅(qū)動高達(dá)±6mA的負(fù)載，實(shí)現(xiàn)軌到軌的輸出擺幅；而MAX9016/MAX9018/MAX9020則采用開漏輸出級，適合混合電壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可用于實(shí)現(xiàn)線或輸出邏輯功能。這種多樣的輸出類型選擇，能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。例如，在一個(gè)混合電壓的數(shù)字電路中，開漏輸出的比較器可以方便地實(shí)現(xiàn)不同電壓域之間的信號轉(zhuǎn)換和邏輯連接。

電氣特性詳解

電源電壓和電流

該系列比較器的電源電壓范圍為1.8V - 5.5V，能夠適應(yīng)多種電源供電情況。不同型號在不同電源電壓和溫度條件下的電源電流有所差異，具體數(shù)據(jù)可參考文檔中的電氣特性表格。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)應(yīng)用的電源情況和功耗要求來選擇合適的型號。

輸入特性

輸入共模電壓范圍從 (V{EE}-0.2V) 到 (V{CC}+0.2V)，輸入偏置電流在室溫下典型值為±150pA。內(nèi)部的ESD保護(hù)二極管能夠保護(hù)比較器輸入免受過電壓的損害，當(dāng)輸入電壓超出電源軌時(shí)，ESD保護(hù)二極管會導(dǎo)通，限制輸入偏置電流的增加。

輸出特性

推挽輸出的比較器在不同電源電壓和負(fù)載電流下，輸出電壓擺幅有所不同；開漏輸出的比較器需要外接上拉電阻，其輸出泄漏電流等參數(shù)也有相應(yīng)的規(guī)定。在設(shè)計(jì)輸出電路時(shí)，需要根據(jù)負(fù)載要求和系統(tǒng)電壓來合理選擇輸出類型和設(shè)置相關(guān)參數(shù)。

典型應(yīng)用

電池監(jiān)測與管理

在兩電池供電的系統(tǒng)中，MAX9015 - MAX9020系列比較器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測電池電壓，當(dāng)電池電壓低于或高于設(shè)定的閾值時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號，實(shí)現(xiàn)電池的過充、過放保護(hù)，延長電池使用壽命。例如，在一個(gè)便攜式醫(yī)療設(shè)備中，通過比較器監(jiān)測電池電壓，當(dāng)電池電量不足時(shí)，提醒用戶及時(shí)充電，避免設(shè)備因電池沒電而無法正常工作。

閾值檢測與判別

可以作為閾值檢測器或鑒別器，對輸入信號進(jìn)行閾值判斷。在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，用于檢測傳感器輸出信號是否超過設(shè)定的閾值，從而實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)控和控制。比如，在溫度控制系統(tǒng)中，比較器可以將溫度傳感器輸出的電壓信號與設(shè)定的溫度閾值對應(yīng)的電壓進(jìn)行比較，當(dāng)溫度超過閾值時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的控制動作，如啟動冷卻設(shè)備。

窗口檢測

通過合理設(shè)置比較器的輸入和參考電壓，可以實(shí)現(xiàn)窗口檢測功能，即判斷輸入信號是否在設(shè)定的電壓窗口范圍內(nèi)。在通信系統(tǒng)中，用于檢測信號的幅度是否在正常范圍內(nèi)，確保信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

邏輯電平轉(zhuǎn)換

開漏輸出的比較器可以方便地實(shí)現(xiàn)不同邏輯電平之間的轉(zhuǎn)換。例如，將5V邏輯電平轉(zhuǎn)換為3V邏輯電平，或者反之。在一個(gè)同時(shí)包含5V和3V邏輯電路的系統(tǒng)中，使用MAX9020比較器可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電壓域之間的信號傳輸和轉(zhuǎn)換，避免因電平不匹配而導(dǎo)致的信號錯誤。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

布局布線

在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，要注意合理布局和布線。高電流走線應(yīng)避免靠近或在MAX9018下方布線，以免導(dǎo)致電壓參考過載，引起輸出電壓下降。同時(shí)，要注意輸入輸出引腳的布線，盡量減少干擾和噪聲的影響。

參考電壓

對于帶有參考電壓輸出的型號（MAX9015 - MAX9018），大多數(shù)應(yīng)用不需要REF旁路電容，但在噪聲環(huán)境或快速瞬變情況下，可連接1nF - 10nF的陶瓷電容從REF到GND，以提高參考電壓的穩(wěn)定性。

遲滯設(shè)置

內(nèi)部4mV的遲滯可以有效避免振蕩，但在某些應(yīng)用中，可能需要額外的遲滯。文檔中詳細(xì)介紹了通過外部電阻設(shè)置額外遲滯的方法，在設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行計(jì)算和設(shè)置。

MAX9015 - MAX9020系列比較器以其低功耗、高精度、寬輸入電壓范圍和多樣的輸出類型等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，要充分了解其特性和參數(shù)，合理選擇型號和設(shè)置參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似比較器的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。