高速低功耗單電源比較器MAX9140/9141/9142/9144：設(shè)計利器

在電子設(shè)計領(lǐng)域，比較器是不可或缺的基礎(chǔ)元件。今天給大家分享一款高性能的比較器產(chǎn)品——Analog Devices公司的MAX9140/9141/9142/9144系列。這一系列比較器專為3V或5V單電源系統(tǒng)優(yōu)化，具有高速、低功耗等顯著優(yōu)勢，下面就為大家詳細(xì)解析。

文件下載：MAX9144.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX9140/9141是單通道比較器，而MAX9142/9144分別是雙通道和四通道比較器。它們具備高速、低功耗和軌到軌輸入的特性，傳播延遲僅40ns，每個比較器的電源電流僅150μA。輸入共模范圍超出電源軌，輸出無需外部上拉電路就能拉至電源軌0.3V以內(nèi)，可直接與CMOS和TTL邏輯接口，所有輸入和輸出引腳能承受持續(xù)短路故障。內(nèi)部遲滯確保即使輸入信號緩慢變化，輸出也能干凈切換。

這些器件是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)比較器MAX941/MAX942/MAX944的升級版，具有更高速度、更低功耗和成本。MAX9140提供5引腳SC70和SOT23封裝，MAX9141和MAX9142有8引腳SOT23和SO封裝，MAX9144則有14引腳SO和TSSOP封裝。

二、產(chǎn)品特性

高速性能

傳播延遲僅40ns（10mV過驅(qū)），能滿足高速信號處理需求，比如在高速采樣電路中，能快速準(zhǔn)確地對信號進(jìn)行比較和處理。

低功耗設(shè)計

每個比較器的電源電流僅150μA（3V供電時），對于電池供電系統(tǒng)來說，能有效延長電池續(xù)航時間，像一些便攜式監(jiān)測設(shè)備就非常適用。

寬電壓應(yīng)用

專為3V和5V應(yīng)用優(yōu)化，輸入電壓范圍為軌到軌，能適應(yīng)多種電源電壓環(huán)境，在不同的系統(tǒng)設(shè)計中都能穩(wěn)定工作。

高精度特性

輸入失調(diào)電壓低至500μV，內(nèi)部遲滯為1.5mV，確保輸出切換干凈，提高了比較器的精度和可靠性。

靈活的輸出特性

輸出能擺動至電源軌300mV以內(nèi)，與CMOS/TTL邏輯兼容，且MAX9141具有輸出鎖存和關(guān)斷功能，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和功耗控制。

封裝多樣

提供SC70和SOT23等多種封裝形式，方便不同的PCB布局和設(shè)計需求。

汽車級認(rèn)證

MAX9140AAXK/V+T通過AEC - Q100認(rèn)證，可用于汽車電子等對可靠性要求較高的領(lǐng)域。

三、電氣特性分析

電源與輸入特性

• 工作電源電壓范圍為2.7V - 5.5V，輸入電壓范圍為 - 0.2V至VCC + 0.2V，能適應(yīng)較寬的電源和輸入信號變化。
• 輸入失調(diào)電壓在不同溫度下有不同表現(xiàn)，如TA = +25°C時典型值為0.5mV，TA = - 40°C至 + 85°C時，MAX9140AA系列最大值為6.0mV。

遲滯與偏置電流特性

• 輸入遲滯典型值為1.5mV，有助于抑制噪聲和干擾。
• 輸入偏置電流在TA = - 40°C至 + 85°C時，典型值為90nA，最大值為320nA，且極性會隨共模電壓接近電源軌而反轉(zhuǎn)。

輸出特性

• 輸出高電壓在ISOURCE = 4mA、TA = - 40°C至 + 85°C時，為VCC - 0.425V至VCC - 0.3V；輸出低電壓在ISINK = 4mA、TA = - 40°C至 + 85°C時，為0.3V至0.425V。
• MAX9141在關(guān)斷模式下，輸出泄漏電流最大值為1μA。

傳播延遲特性

傳播延遲tPD+和tPD - 在VCC = 3V、VOD = 10mV時為40ns，差分傳播延遲和傳播延遲偏差最大值均為2ns，確保了信號處理的及時性和準(zhǔn)確性。

四、內(nèi)部電路設(shè)計亮點(diǎn)

遲滯設(shè)計

大多數(shù)高速比較器在輸入電壓接近時會因噪聲或寄生反饋在線性區(qū)域振蕩，而該系列比較器內(nèi)部有1.5mV的遲滯，形成兩個跳變點(diǎn)，避免了振蕩問題。標(biāo)準(zhǔn)比較器需外部電阻添加遲滯，而此系列的固定內(nèi)部遲滯省去了這些電阻，若要進(jìn)一步增加遲滯和噪聲裕量，可通過兩個電阻從輸出到同相輸入添加正反饋。

鎖存功能（MAX9141）

MAX9141包含內(nèi)部鎖存器，可存儲比較結(jié)果。LE引腳輸入阻抗高，LE為高時，鎖存器透明，比較器正常工作；LE為低時，比較器輸出狀態(tài)被鎖存。

關(guān)斷模式（MAX9141）

MAX9141的SHDN引腳為低時進(jìn)入關(guān)斷模式，此時電源電流降至小于12μA，三態(tài)輸出變?yōu)楦咦钁B(tài)。正常工作時將SHDN連接到VCC，退出關(guān)斷模式時需LE為高，否則輸出不確定。

輸入級保護(hù)電路

器件內(nèi)部有保護(hù)電路，由IN +和IN -之間的兩個背對背二極管以及兩個4.1kΩ串聯(lián)電阻組成，可防止大差分輸入電壓損壞精密輸入級。當(dāng)差分輸入電壓超過2VF（二極管正向壓降）時，保護(hù)電路會增加輸入偏置電流。

輸出級電路

采用電流驅(qū)動輸出級，輸出轉(zhuǎn)換時源電流或灌電流較大，能實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換；輸出電壓達(dá)到VOH或VOL后，電流減小，可節(jié)省功率。不過，輸出轉(zhuǎn)換速率與負(fù)載電容呈線性關(guān)系，重容性負(fù)載會減慢輸出轉(zhuǎn)換速度，這在對噪聲敏感的應(yīng)用中可避免快速邊沿引起的干擾。

五、應(yīng)用領(lǐng)域及設(shè)計注意事項

應(yīng)用領(lǐng)域

該系列比較器適用于多種場景，如線路接收器、電池供電系統(tǒng)、閾值檢測器/鑒別器、3V/5V系統(tǒng)、過零檢測器和采樣電路等。

設(shè)計注意事項

為實(shí)現(xiàn)比較器的高速性能，在電路布局和旁路設(shè)計時需注意：

• 使用具有良好、完整、低電感接地平面的PCB。
• 在VCC附近放置去耦電容（如0.1μF陶瓷電容），并注意其帶寬，保持引腳短。
• 輸入和輸出引腳長度要短，避免寄生反饋。
• 直接將器件焊接到PCB上，避免使用插座。

六、總結(jié)

MAX9140/9141/9142/9144系列比較器憑借其高速、低功耗、高精度等特性，以及多樣化的功能和封裝形式，為電子工程師在不同的設(shè)計場景中提供了可靠的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，只要遵循設(shè)計注意事項，就能充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的信號處理和比較功能。大家在設(shè)計類似電路時，不妨考慮一下這款產(chǎn)品，看看它是否能滿足你的需求。