MAX9117 - MAX9120：超小型納功耗比較器的卓越性能與應(yīng)用探索

在當(dāng)今對(duì)低功耗、小型化需求不斷增長(zhǎng)的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，比較器的性能和特性顯得尤為關(guān)鍵。MAXIM 推出的 MAX9117 - MAX9120 系列納功耗比較器，以其出色的性能和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，成為了眾多應(yīng)用場(chǎng)景中的理想選擇。下面，我們就來(lái)深入了解一下這款比較器的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用。

文件下載：MAX9120.pdf

器件概述

MAX9117 - MAX9120 系列采用了節(jié)省空間的 SC70 封裝，具備 Beyond - the - Rails? 輸入特性，能夠保證在低至 +1.6V 的電壓下穩(wěn)定工作。這個(gè)系列包含兩個(gè)子系列：MAX9117/MAX9118 集成了 1.252V ±1.75% 的內(nèi)部基準(zhǔn)，每個(gè)比較器的電源電流僅為 600nA；而 MAX9119/MAX9120 不包含內(nèi)部基準(zhǔn)，電源電流更是低至 350nA。這種超低的功耗特性使得該系列比較器非常適合用于兩電池監(jiān)測(cè)和管理應(yīng)用。

輸出級(jí)的獨(dú)特設(shè)計(jì)是該系列比較器的一大亮點(diǎn)。在切換時(shí)，它能夠有效限制電源電流的浪涌，幾乎消除了許多其他比較器常見的電源干擾問(wèn)題，從而顯著降低了動(dòng)態(tài)條件下的整體功耗。MAX9117/MAX9119 采用推挽輸出級(jí)，可吸收和提供電流，大尺寸的內(nèi)部輸出驅(qū)動(dòng)器允許在高達(dá) 5mA 的負(fù)載下實(shí)現(xiàn)軌到軌輸出擺幅；而 MAX9118/MAX9120 則采用開漏輸出級(jí)，適用于混合電壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。所有器件均采用超小型 5 引腳 SC70 封裝。

核心特性

低功耗優(yōu)勢(shì)顯著

該系列比較器在納功耗方面表現(xiàn)出色。MAX9119/MAX9120 每個(gè)比較器僅消耗 350nA 的電源電流，而帶有基準(zhǔn)的 MAX9117/MAX9118 也只需 600nA。在當(dāng)今追求綠色節(jié)能的電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，這樣的低功耗特性能夠大大延長(zhǎng)電池的使用壽命，減少電池更換的頻率，這對(duì)于一些難以頻繁更換電池的應(yīng)用場(chǎng)景，如遠(yuǎn)程傳感器、可穿戴設(shè)備等，尤為重要。那么，在實(shí)際應(yīng)用中，我們?nèi)绾芜M(jìn)一步優(yōu)化以充分發(fā)揮其低功耗優(yōu)勢(shì)呢？這就需要我們根據(jù)具體的電路設(shè)計(jì)，合理選擇工作模式和負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)了。

寬電壓工作范圍

保證了在低至 +1.6V 的電壓下仍能正常工作，這為一些低電壓供電的系統(tǒng)提供了極大的便利。例如在一些由電池供電的便攜式設(shè)備中，當(dāng)電池電量逐漸降低時(shí)，比較器依然能夠穩(wěn)定工作，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。輸入電壓范圍能夠擴(kuò)展至電源軌外 200mV，這使得它在處理一些超出電源軌的信號(hào)時(shí)，具有更高的靈活性和適應(yīng)性。

多樣輸出配置可選

提供了推挽和開漏兩種不同的輸出類型。推挽輸出（MAX9117/MAX9119）具有 ±5mA 的驅(qū)動(dòng)能力，適用于需要直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載的應(yīng)用；而開漏輸出（MAX9118/MAX9120）則為混合電壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更多的可能性，方便實(shí)現(xiàn)邏輯電平的轉(zhuǎn)換和線或輸出邏輯功能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，選擇合適的輸出類型，以達(dá)到最佳的性能表現(xiàn)。

穩(wěn)定的信號(hào)處理能力

內(nèi)部滯回特性確保了即使在輸入信號(hào)緩慢變化的情況下，也能實(shí)現(xiàn)清晰、穩(wěn)定的輸出切換，避免了由于噪聲或寄生反饋引起的振蕩問(wèn)題。對(duì)于過(guò)驅(qū)動(dòng)輸入，不會(huì)出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)，這保證了信號(hào)處理的準(zhǔn)確性和可靠性。在一些對(duì)信號(hào)質(zhì)量要求較高的應(yīng)用中，如音頻處理、精密測(cè)量等領(lǐng)域，這一特性顯得尤為重要。

電氣特性分析

在不同的工作條件下，MAX9117 - MAX9120 系列比較器的各項(xiàng)電氣參數(shù)表現(xiàn)穩(wěn)定。例如，在電源電壓范圍方面，從 PSRR 測(cè)試推斷，在 TA = +25°C 時(shí)，最低可低至 1.6V；在 TA = TMIN 到 TMAX 時(shí)，為 1.8V。在輸入偏置電流方面，典型值為 ±0.15nA（輸入電壓在電源軌之間），這表明其輸入阻抗較高，對(duì)輸入信號(hào)的影響較小。

輸出電壓擺幅方面，在不同的電源電壓和負(fù)載電流條件下，都能滿足一定的要求。例如，MAX9117 在 VCC = 5V、ISOURCE = 5mA 時(shí)，輸出電壓擺幅高（VCC - VOH）在 TA = +25°C 時(shí)典型值為 190mV，最大值為 400mV；在 TA = TMIN 到 TMAX 時(shí)，最大值為 500mV。這些電氣特性的詳細(xì)數(shù)據(jù)為我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中提供了重要的參考依據(jù)，我們可以根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景，合理選擇工作條件和參數(shù)，以確保比較器的性能達(dá)到最佳。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

電池監(jiān)測(cè)與管理

由于其超低的功耗和寬電壓工作范圍，MAX9117 - MAX9120 非常適合用于兩電池的監(jiān)測(cè)和管理。通過(guò)監(jiān)測(cè)電池的電壓，可以實(shí)時(shí)了解電池的狀態(tài)，如電量剩余情況、是否需要充電等。在不同類型的電池應(yīng)用中，如堿性電池、鎳鎘電池、鋰離子電池和鎳氫電池等，都能提供較長(zhǎng)的工作時(shí)間。例如，在使用堿性（2 節(jié)）電池時(shí)，MAX9117/MAX9118 的工作時(shí)間可達(dá) 2.5x10? 小時(shí)，MAX9119/MAX9120 則可達(dá) 5x10? 小時(shí)。這對(duì)于一些需要長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的電池供電設(shè)備，如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、便攜式醫(yī)療設(shè)備等，具有重要的意義。

超低功耗系統(tǒng)

在一些對(duì)功耗要求極高的系統(tǒng)中，如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備等，該系列比較器的納功耗特性能夠顯著降低系統(tǒng)的整體功耗，延長(zhǎng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。同時(shí)，其超小型的 SC70 封裝也滿足了這些設(shè)備對(duì)空間的嚴(yán)格要求，使得設(shè)備的設(shè)計(jì)更加緊湊和便攜。

邏輯電平轉(zhuǎn)換

在混合電壓系統(tǒng)中，常常需要進(jìn)行邏輯電平的轉(zhuǎn)換。MAX9120 的開漏輸出級(jí)可以方便地實(shí)現(xiàn) 5V 邏輯到 3V 邏輯，或者 3V 邏輯到 5V 邏輯的轉(zhuǎn)換。通過(guò)合理連接電源和上拉電阻，能夠在不產(chǎn)生過(guò)電壓的情況下，實(shí)現(xiàn)不同邏輯電平之間的可靠轉(zhuǎn)換，確保系統(tǒng)中不同模塊之間的正常通信。

過(guò)零檢測(cè)

在一些需要檢測(cè)信號(hào)過(guò)零的應(yīng)用中，如交流信號(hào)處理、電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等，MAX9119 可以作為過(guò)零檢測(cè)器使用。將其反相輸入接地，同相輸入連接到信號(hào)源，當(dāng)信號(hào)過(guò)零時(shí)，比較器的輸出將改變狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)零檢測(cè)功能。這種過(guò)零檢測(cè)功能在電力系統(tǒng)中可以用于同步控制、相位檢測(cè)等方面，在音頻處理中可以用于音頻信號(hào)的解碼和處理等方面。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

電路板布局

在進(jìn)行電路板布局時(shí)，由于該比較器對(duì)電源噪聲較為敏感，因此當(dāng)電源阻抗較高、電源線較長(zhǎng)或預(yù)計(jì)電源線上有過(guò)多噪聲時(shí)，建議在靠近器件的電源引腳處使用 100nF 的旁路電容。盡量減小信號(hào)走線的長(zhǎng)度，以減少雜散電容的影響。采用接地平面和表面貼裝元件能夠提高電路的穩(wěn)定性和抗干擾能力。如果需要對(duì) REF 引腳進(jìn)行去耦處理，應(yīng)使用低漏電的電容。在實(shí)際的電路板設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)具體的電路布局和信號(hào)流向，合理安排元件的位置和走線，以確保電路的性能達(dá)到最佳。

額外滯回的添加

對(duì)于需要增加額外滯回的情況，MAX9117/MAX9119 和 MAX9118/MAX9120 的實(shí)現(xiàn)方法略有不同。在添加額外滯回時(shí)，需要根據(jù)具體的型號(hào)選擇合適的電阻計(jì)算方法和電路連接方式。在計(jì)算電阻值時(shí)，要考慮到輸入偏置電流、電源電壓、所需滯回帶寬等因素，以確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，可能需要根據(jù)實(shí)際的測(cè)試結(jié)果對(duì)電阻值進(jìn)行微調(diào)，以達(dá)到最佳的滯回效果。

總結(jié)

MAX9117 - MAX9120 系列納功耗比較器以其超低功耗、寬電壓工作范圍、多樣的輸出配置和穩(wěn)定的信號(hào)處理能力等優(yōu)勢(shì)，在電池監(jiān)測(cè)、超低功耗系統(tǒng)、邏輯電平轉(zhuǎn)換和過(guò)零檢測(cè)等眾多應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)出色。在實(shí)際的電子設(shè)計(jì)中，電子工程師們可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，充分發(fā)揮該系列比較器的特性，同時(shí)注意電路板布局和額外滯回的添加等設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)高性能、可靠的電路設(shè)計(jì)。希望通過(guò)本文的介紹，能讓大家對(duì) MAX9117 - MAX9120 系列比較器有更深入的了解，在實(shí)際設(shè)計(jì)中能夠更加靈活地運(yùn)用。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些有趣的問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流。