揭秘MAX9201/MAX9202/MAX9203：低成本、7ns、低功耗電壓比較器

一、引言

在電子設(shè)計的世界里，高速、低功耗的電壓比較器是許多應(yīng)用中不可或缺的元件。今天我們要深入探討的是Maxim公司的MAX9201/MAX9202/MAX9203系列，這是一款具有7ns快速傳播延遲、低功耗特性的電壓比較器，在眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

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二、產(chǎn)品概述

（一）主要特點

1. 高速性能：具備7ns的快速傳播延遲（在5mV過驅(qū)動下典型值），這一特性使得它在快速A/D轉(zhuǎn)換器、采樣電路、線路接收器、V/F轉(zhuǎn)換器等對速度要求極高的應(yīng)用場景中表現(xiàn)出色。
2. 低功耗設(shè)計：每個比較器的功耗僅為9mW（在+5V電源供電時），有效降低了系統(tǒng)的整體功耗，延長了電池供電設(shè)備的續(xù)航時間。
3. 電源靈活性：支持獨立的模擬和數(shù)字電源供電，也可以使用單一的組合電源電壓。模擬電源范圍為+5V至+10V或±5V，輸入電壓范圍包含負(fù)電源軌，在單電源供電時也能實現(xiàn)接地檢測。
4. TTL兼容性：輸出為TTL邏輯電平，并且具有內(nèi)部上拉電阻；MAX9202/MAX9203還具備TTL兼容的鎖存輸入，當(dāng)鎖存輸入為低電平時，比較器的輸出狀態(tài)會被保持。
5. 封裝小巧：提供多種節(jié)省空間的封裝形式，如8引腳SOT23（MAX9203）、14引腳TSSOP（MAX9202）和16引腳TSSOP（MAX9201），適合對空間要求較高的設(shè)計。

（二）選型信息

三、電氣特性

（一）電源電壓范圍

模擬電源電壓范圍（(V{CC}-V{EE})）參考(V{EE})或GND時為4.75V至10.5V；數(shù)字電源電壓范圍（(V{DD})）為5.25V。

（二）輸入特性

• 輸入失調(diào)電壓（(V_{OS})）：在(V{CM}=0)，(T{A}= +25°C)時，典型值為1mV，最大為4mV；在(T_{A}=-40°C)至 +85°C時，最大為7.5mV。
• 輸入偏置電流（(I_{B})）：在(T{A}= +25°C)時，范圍為1.25μA至5μA；在(T{A}=-40°C)至 +85°C時，最大為7.0μA。
• 輸入失調(diào)電流（(I_{OS})）：在(V{CM}=0)，(T{A}= +25°C)時，范圍為50nA至250nA。

  （三）輸出特性

• 輸出高電壓（(V_{OH})）：當(dāng)((V{IN +}-V{IN -})>250mV)，(I_{SOURCE}=1mA)時，為3.0V至3.5V。
• 輸出低電壓（(V_{OL})）：當(dāng)((V{IN +}-V{IN -})<-250mV)，(I_{SINK}=8mA)時，為0.25V至0.4V。

四、典型工作特性

（一）輸入特性與溫度關(guān)系

輸入偏置電流和輸入失調(diào)電壓會隨溫度變化而變化，通過相關(guān)曲線可以看出它們在不同溫度下的具體變化趨勢，這對于在不同環(huán)境溫度下使用該比較器的設(shè)計人員來說非常重要。

（二）輸出特性與負(fù)載關(guān)系

輸出高電壓和輸出低電壓與負(fù)載電流有關(guān)，從相關(guān)曲線中我們可以了解到在不同負(fù)載電流下輸出電壓的變化情況，從而合理設(shè)計負(fù)載電路。

（三）響應(yīng)時間特性

響應(yīng)時間與輸入過驅(qū)動、溫度、負(fù)載電容等因素密切相關(guān)。例如，在5mV過驅(qū)動下，響應(yīng)時間會隨著溫度和負(fù)載電容的變化而變化，設(shè)計時需要綜合考慮這些因素。

五、引腳說明

（一）MAX9201引腳

（二）MAX9202引腳

（三）MAX9203引腳

六、應(yīng)用信息

（一）電路布局

由于MAX9201/MAX9202/MAX9203具有較大的增益帶寬乘積，為了實現(xiàn)其高速性能，需要采取特殊的布局措施。例如，使用具有良好低電感接地平面的印刷電路板，將去耦電容盡可能靠近電源引腳安裝，模擬VCC和數(shù)字VDD分別使用去耦電容，注意去耦和終端組件的帶寬，縮短輸入和輸出的引腳長度，避免使用插座，直接將器件焊接到印刷電路板上。

（二）輸入擺率要求

該系列比較器在輸入信號穿越線性區(qū)域時可能會產(chǎn)生振蕩問題，為了實現(xiàn)無振蕩、無臺階的干凈輸出切換，輸入信號必須滿足最小擺率要求（典型值為0.5V/μs）。振蕩問題在很大程度上與電路板布局、耦合源阻抗和雜散輸入電容有關(guān)，不良的布局和大的源阻抗會導(dǎo)致器件振蕩并增加最小擺率要求。在某些應(yīng)用中，可以在輸出和正輸入之間施加一些正反饋，但會在輸入端子處引入滯后現(xiàn)象。

（三）TTL輸出和鎖存輸入

比較器的TTL輸出級經(jīng)過優(yōu)化，可驅(qū)動扇出為4的低功耗肖特基TTL。當(dāng)鎖存輸入連接到邏輯高電平時，比較器透明工作，立即響應(yīng)輸入端子的變化；當(dāng)鎖存輸入連接到TTL低電平時，比較器輸出會在鎖存命令施加的瞬間鎖存（保持相同狀態(tài)），并且不再響應(yīng)后續(xù)的輸入變化。MAX9201沒有提供鎖存功能。

（四）典型電源選擇

該系列比較器可以使用獨立的模擬和數(shù)字電源供電，也可以使用單一的+5V電源。模擬電源在單電源工作時（VEE接地）范圍為+5V至+10V，也可以使用±5V的分離電源；數(shù)字電源VDD始終需要+5V。在高速混合信號應(yīng)用中，當(dāng)使用公共接地時，嘈雜的數(shù)字環(huán)境可能會對模擬輸入信號產(chǎn)生不利影響，而使用獨立電源時，MAX9201/MAX9202/MAX9203可以通過提供獨立的模擬接地（VEE）和數(shù)字接地（GND）來隔離模擬和數(shù)字信號。

七、總結(jié)

MAX9201/MAX9202/MAX9203系列電壓比較器以其高速、低功耗、靈活的電源供電方式和多種封裝形式等優(yōu)點，在眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。但在設(shè)計過程中，我們需要充分考慮其電氣特性、典型工作特性以及應(yīng)用要求，尤其是電路布局和輸入擺率等問題，以確保其性能的充分發(fā)揮。大家在實際應(yīng)用中有沒有遇到過類似比較器的一些特殊問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。