MAX44267：?jiǎn)坞娫措p運(yùn)算放大器的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，運(yùn)算放大器是不可或缺的基礎(chǔ)元件。今天要給大家介紹一款性能出色的單電源雙運(yùn)算放大器——MAX44267，它在精度、噪聲、輸出范圍等方面都有出色的表現(xiàn)，能為眾多應(yīng)用場(chǎng)景提供可靠的解決方案。

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一、器件概述

MAX44267是一款高精度、低噪聲、低漂移的雙運(yùn)算放大器。它最大的亮點(diǎn)在于能夠在單 +15V 電源供電的情況下，實(shí)現(xiàn)大于 ±10V 的真正雙極性輸出，這一特性大大消除了負(fù)電源的空間和成本需求。其輸入共模范圍從 +13.5V 延伸至 -12V，并且集成了電荷泵電路，通過外部電容產(chǎn)生負(fù)電壓軌，使得該放大器在單 +4.5V 至 +15V 電源下工作時(shí)，效果等同于普通的 ±4.5V 至 ±15V 雙電源放大器，有效節(jié)省了系統(tǒng)成本和尺寸。

二、優(yōu)勢(shì)與特性

2.1 輸出特性

• 真正的雙極性輸出：?jiǎn)?+15V 電源就能實(shí)現(xiàn)大于 ±10V 的輸出，省去了負(fù)電源的配置，節(jié)省空間和成本。
• 真正的零輸出：?jiǎn)坞娫聪乱材軐?shí)現(xiàn)零輸出，有助于最大化 ADC 的動(dòng)態(tài)范圍，提高分辨率。

2.2 精度特性

• 低輸入失調(diào)電壓：最大僅 50μV，能夠在不同溫度下實(shí)現(xiàn)高精度傳感。
• 低失調(diào)漂移：最大 0.4μV/°C，保證了在溫度變化時(shí)的測(cè)量精度。

2.3 噪聲特性

• 低輸入噪聲：1kHz 時(shí)輸入噪聲低至 9nV/√Hz，為 ADC 提供了寬廣的動(dòng)態(tài)范圍。

2.4 頻率特性

• 高增益帶寬積：5MHz 的增益帶寬積，提供了寬廣的頻率輸入范圍。

2.5 功耗特性

• 低靜態(tài)電流：最大 2.4mA 的靜態(tài)電流，降低了功耗，使器件運(yùn)行更涼爽。

2.6 其他特性

• 集成 EMI 濾波器：降低了對(duì)電機(jī)和其他高頻噪聲源的敏感度。
• 14 引腳 TSSOP 封裝：搭配外部電荷泵電容，可實(shí)現(xiàn)噪聲優(yōu)化。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

MAX44267 的出色性能使其在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，例如：

• PLC 模擬 I/O 模塊：高精度和低噪聲特性能夠滿足 PLC 對(duì)模擬信號(hào)處理的要求。
• 傳感器接口：適用于壓力傳感器、橋傳感器等各類傳感器，能夠準(zhǔn)確地處理傳感器輸出的微弱信號(hào)。
• 模擬電平轉(zhuǎn)換/調(diào)理：可以對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行有效的電平轉(zhuǎn)換和調(diào)理，為后續(xù)電路提供合適的信號(hào)。

四、電氣特性

4.1 電源相關(guān)特性

• 電源電壓輸入范圍：VDD 和 CPVDD 的輸入范圍均為 4.5V 至 15.5V，保證了在不同電源條件下的穩(wěn)定工作。
• 電荷泵負(fù)電源輸出：在不同的 VDD 電壓下，CPVSS 和 VSS 有相應(yīng)的輸出，為放大器提供了必要的負(fù)電源。
• 電源抑制比（PSRR）：在不同溫度和電源電壓范圍內(nèi)，PSRR 表現(xiàn)良好，能夠有效抑制電源噪聲。

4.2 輸入輸出特性

• 輸入失調(diào)電壓：最大 50μV，且失調(diào)電壓漂移最大為 0.4μV/°C，保證了輸入信號(hào)的準(zhǔn)確性。
• 輸入偏置電流：在不同溫度下，輸入偏置電流較小，減少了對(duì)輸入信號(hào)的影響。
• 開環(huán)增益：在不同的 VDD 電壓和輸出電壓范圍內(nèi)，開環(huán)增益較高，保證了放大器的放大能力。
• 最大輸出電流：灌電流最大 17mA，拉電流最大 36mA，能夠滿足不同負(fù)載的需求。
• 輸出電壓擺幅：在不同的 VDD 電壓和負(fù)載條件下，輸出電壓擺幅能夠達(dá)到較高的值，提供了較大的輸出動(dòng)態(tài)范圍。

4.3 交流特性

• 輸入電壓噪聲密度：1kHz 時(shí)為 9nV/√Hz，在 0.1Hz 至 10Hz 范圍內(nèi)為 200nV P - P，保證了在不同頻率下的低噪聲性能。
• 增益帶寬積：5MHz，提供了較寬的頻率響應(yīng)范圍。
• 壓擺率：3V/μs，能夠快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。

五、典型工作特性

文檔中給出了多個(gè)典型工作特性曲線，例如總電源電流與溫度、VDD 的關(guān)系，CPVSS 和 VSS 與 VDD 的關(guān)系等。這些曲線直觀地展示了器件在不同條件下的性能表現(xiàn)，幫助工程師更好地了解器件的特性，從而進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

六、引腳配置與說明

MAX44267 采用 14 引腳 TSSOP 封裝，每個(gè)引腳都有明確的功能。例如，OUTA 和 OUTB 分別為通道 A 和通道 B 的輸出引腳，INA - 和 INA + 為通道 A 的負(fù)輸入和正輸入引腳等。在使用時(shí)，需要根據(jù)引腳功能正確連接外部電路，特別是外部電容的連接，對(duì)于電荷泵的正常工作至關(guān)重要。

七、詳細(xì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

7.1 內(nèi)部電荷泵

MAX44267 集成的電荷泵為兩個(gè)放大器提供了共用的負(fù)電壓軌（VSS），但該負(fù)電源的灌電流能力有限。如果超過其能力進(jìn)行加載，會(huì)導(dǎo)致負(fù)電源電壓降低，影響輸出擺幅和精度。因此，每個(gè)通道的灌電流通常不應(yīng)超過 17mA，兩個(gè)通道的總加載電流也需保持在 17mA 以下。

7.2 ESD 網(wǎng)絡(luò)問題

由于 MAX44267 的輸出擺幅可能低于 0V，而其他電路可能以 0V 為最負(fù)端，因此要注意避免其他電路的 ESD 網(wǎng)絡(luò)對(duì)其輸出進(jìn)行鉗位。常見的解決方法是對(duì)輸出進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，同時(shí)要確保不超過周圍器件的絕對(duì)最大額定值。

7.3 電容選擇

• 飛行電容（CFLY）：增大其值可以降低輸出電阻，但超過 0.047μF 后，增加電容值的效果不明顯，因?yàn)閮?nèi)部開關(guān)電阻和電容 ESR 會(huì)主導(dǎo)輸出電阻。
• 輸出電容（CHOLD）：增大其值可以降低輸出紋波電壓，降低其 ESR 可以同時(shí)降低輸出電阻和紋波。對(duì)于輕負(fù)載，如果能容忍較高的輸出紋波，可以使用較低電容值的電容。
• CPVSS 旁路電容：需要連接一個(gè)最小 0.1μF 的低 ESR 電容到 CPGND，以降低 AC 阻抗和電荷泵開關(guān)噪聲的影響。

7.4 噪聲抑制

MAX44267 內(nèi)部消除了 1/f 噪聲，適合直流或低頻、高精度應(yīng)用。同時(shí)，其輸入 EMI 濾波器可以避免輸出受到射頻干擾，該濾波器由無源器件組成，對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)較高的阻抗。

7.5 近零源阻抗問題

負(fù)電壓發(fā)生器的電流吸收能力有限，如果一個(gè)或兩個(gè)放大器的輸出灌電流過載，會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)失效，限制負(fù)向輸出擺幅，甚至可能使器件進(jìn)入閂鎖狀態(tài)。不過，這種閂鎖是非破壞性的，故障條件消除后器件會(huì)恢復(fù)正常。因此，建議每個(gè)輸出通道連接 5kΩ 負(fù)載，總輸出灌電流峰值不超過 15mA。當(dāng)驅(qū)動(dòng)接近輸出極限的負(fù)載時(shí)，輸入應(yīng)采用高阻抗源或添加 5kΩ 保護(hù)串聯(lián)電阻。

八、應(yīng)用案例

8.1 無儀表放大器的電橋測(cè)量配置

MAX44267 的低輸入失調(diào)電壓和低噪聲特性使其非常適合用于應(yīng)變計(jì)偏置。通過將電橋偏置電壓加倍，可以提高靈敏度并消除共模誤差。例如，在一個(gè)典型的電橋配置中，假設(shè)橋臂電阻為 10kΩ，噪聲約為 24nV/√Hz，經(jīng)過 100 倍放大后為 2.4μV。如果帶寬控制在 100Hz，噪聲約為 24μV RMS 或 300μV P - P，信號(hào)噪聲比可達(dá) 68dB。通過長(zhǎng)時(shí)間平均讀數(shù)，可以進(jìn)一步提高分辨率和降低對(duì) 60Hz 電源系統(tǒng)的敏感度。

8.2 典型應(yīng)用電路

文檔中給出了一個(gè)典型應(yīng)用電路，包含了 MAX44267 與其他器件（如 MAX14778、MAX11166 等）的組合，構(gòu)成了一個(gè)完整的超軌信號(hào)鏈解決方案。通過合理選擇不同器件，可以滿足不同的電壓供應(yīng)范圍、輸入電壓范圍等需求。

九、布局指南

由于 MAX44267 具有超低失調(diào)電壓和噪聲，塞貝克效應(yīng)誤差會(huì)變得顯著。因此，在 PCB 布局時(shí)，應(yīng)避免不同金屬交界處出現(xiàn)溫度梯度，例如將放大器遠(yuǎn)離潛在熱源，使電阻兩端均勻受熱，匹配輸入信號(hào)路徑以確保熱電結(jié)的類型和數(shù)量相同。此外，建議在 PCB 上鋪設(shè)接地平面，以均勻分布熱量，減少塞貝克效應(yīng)導(dǎo)致的失調(diào)電壓退化。

十、總結(jié)

MAX44267 作為一款高性能的單電源雙運(yùn)算放大器，在輸出范圍、精度、噪聲等方面都有出色的表現(xiàn)，并且通過集成電荷泵等技術(shù)，有效節(jié)省了系統(tǒng)成本和尺寸。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求，合理選擇外部電容，注意 ESD 網(wǎng)絡(luò)、近零源阻抗等問題，并遵循布局指南，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。希望本文能為大家在使用 MAX44267 進(jìn)行電子設(shè)計(jì)時(shí)提供一些有用的參考。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。