MAX9636/MAX9637/MAX9638：低功耗、低噪聲運(yùn)放的卓越之選

在如今的電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，尤其是電池供電的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)運(yùn)算放大器的性能要求越來(lái)越高，如低功耗、低噪聲、寬帶寬等。Maxim Integrated的MAX9636/MAX9637/MAX9638系列單電源CMOS輸入運(yùn)放，正是滿足這些需求的理想選擇。

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一、產(chǎn)品概述

MAX9636/MAX9637/MAX9638系列運(yùn)放具有低靜態(tài)電流下的寬帶寬特性，非常適合各種電池供電的應(yīng)用，像便攜式醫(yī)療儀器、便攜式媒體播放器和煙霧探測(cè)器等。其極低的輸入偏置電流、低輸入電流噪聲和低輸入電壓噪聲，使其能夠與光電二極管和壓電傳感器等高阻抗源進(jìn)行接口。此外，該系列運(yùn)放還具有增益帶寬（GBW）與電源電流的最大化比值，在2.1V至5.5V的單電源下工作，典型靜態(tài)電源電流僅為36μA。其中，MAX9636和MAX9638還提供低功耗關(guān)斷模式，可將電源電流降至1μA，并使放大器輸出進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

（一）適合精密跨阻放大器應(yīng)用

• 超低偏置電流：典型值僅為0.1pA，這使得它在處理微弱信號(hào)時(shí)能夠減少誤差，提高信號(hào)處理的精度。
• 寬帶寬：擁有1.5MHz的帶寬，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用對(duì)信號(hào)頻率響應(yīng)的要求，確保信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸和處理。
• 低輸入電流噪聲密度：僅為0.9fA/√Hz，有效降低了噪聲干擾，提高了信號(hào)的質(zhì)量。

（二）延長(zhǎng)電池壽命

• 單電源工作：電源范圍為2.1V至5.5V，可適應(yīng)不同的電源電壓，提高了產(chǎn)品的通用性和靈活性。
• 低靜態(tài)電流：典型值為36μA，在關(guān)斷模式下僅為1μA，大大降低了功耗，延長(zhǎng)了電池的使用時(shí)間。

（三）節(jié)省電路板空間

提供6引腳和8引腳SC70以及10引腳UTQFN封裝，這些小型封裝能夠有效節(jié)省電路板空間，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

三、電氣特性

（一）直流特性

• 輸入電壓范圍：輸入電壓范圍保證在VSS - 0.1V至VDD + 0.1V之間，具有較寬的輸入范圍，能夠適應(yīng)不同的信號(hào)輸入。
• 輸入失調(diào)電壓：在TA = +25°C時(shí)為0.3mV，在TA = -40°C至+125°C時(shí)最大為3.5mV，失調(diào)電壓較小，保證了信號(hào)處理的準(zhǔn)確性。
• 輸入偏置電流：在TA = +25°C時(shí)為±0.1pA，在TA = -40°C至+85°C時(shí)為±50pA，在TA = -40°C至+125°C時(shí)為±800pA，低偏置電流有助于減少信號(hào)誤差。

（二）交流特性

• 輸入電壓噪聲密度：在f = 1kHz時(shí)為38nV/√Hz，有效降低了噪聲干擾。
• 增益帶寬：為1.5MHz，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用對(duì)信號(hào)頻率響應(yīng)的要求。
• 壓擺率：為0.9V/μs，保證了信號(hào)的快速響應(yīng)。

（三）電源特性

• 電源范圍：保證在2.1V至5.5V之間，可適應(yīng)不同的電源電壓。
• 電源抑制比：在TA = +25°C時(shí)為72dB至100dB，在TA = -40°C至+125°C時(shí)為69dB，能夠有效抑制電源噪聲。
• 靜態(tài)電流：每個(gè)放大器在TA = +25°C時(shí)為36μA，在TA = -40°C至+125°C時(shí)最大為60μA，關(guān)斷模式下為1μA，低功耗特性顯著。

四、典型工作特性

文檔中給出了一系列典型工作特性曲線，如失調(diào)電壓熱系數(shù)直方圖、輸入失調(diào)電壓與共模電壓的關(guān)系、輸出電壓低與灌電流的關(guān)系等。這些曲線直觀地展示了運(yùn)放在不同條件下的性能表現(xiàn)，有助于工程師在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行參考和優(yōu)化。例如，通過(guò)觀察輸入失調(diào)電壓與共模電壓的關(guān)系曲線，工程師可以了解在不同共模電壓下運(yùn)放的失調(diào)電壓變化情況，從而采取相應(yīng)的措施來(lái)減小失調(diào)電壓對(duì)信號(hào)處理的影響。

五、引腳配置與描述

不同型號(hào)的運(yùn)放引腳配置有所不同，但都包含正輸入、負(fù)輸入、輸出、電源等基本引腳。例如，MAX9636的6引腳SC70封裝中，1引腳為正輸入（IN+），2引腳為負(fù)電源（VSS），3引腳為負(fù)輸入（IN-），4引腳為輸出（OUT），5引腳為關(guān)斷（SHDN），6引腳為正電源（VDD）。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，工程師需要根據(jù)具體的引腳配置進(jìn)行合理的布局和連接，以確保運(yùn)放的正常工作。同時(shí)，要注意對(duì)電源引腳進(jìn)行旁路電容的連接，如在VSS和VDD引腳分別旁路一個(gè)0.1μF的電容到地，以減少電源噪聲的影響。

六、詳細(xì)工作原理

（一）軌到軌輸入級(jí)

運(yùn)放具有并聯(lián)連接的n溝道和p溝道差分輸入級(jí)，能夠接受超出電源軌100mV的共模范圍。n溝道級(jí)通常在共模輸入電壓大于（VDD - 1.2V）時(shí)激活，p溝道級(jí)通常在共模輸入電壓小于（VDD - 1.4V）時(shí)激活，在VDD - 1.4V至VDD - 1.2V之間存在一個(gè)小的過(guò)渡區(qū)域，此時(shí)兩對(duì)都導(dǎo)通。這種設(shè)計(jì)使得運(yùn)放能夠適應(yīng)更寬的輸入電壓范圍，提高了其通用性和靈活性。

（二）軌到軌輸出級(jí)

最大輸出電壓擺幅取決于負(fù)載，但即使在3mA的負(fù)載電流下，也能保證在正電源軌100mV以內(nèi)。為了最大化輸出電流源能力，這些器件沒(méi)有內(nèi)置短路保護(hù)。在驅(qū)動(dòng)大于600Ω的負(fù)載時(shí)，需要確保不超過(guò)最大允許的功耗。這就要求工程師在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮負(fù)載的特性和功耗要求，合理選擇負(fù)載電阻，以保證運(yùn)放的安全和穩(wěn)定工作。

（三）低輸入偏置電流

該系列運(yùn)放具有超低的0.1pA（典型值）輸入偏置電流，并且在-40°C至+85°C溫度范圍內(nèi)，當(dāng)輸入共模電壓處于中間軌時(shí)，保證最大電流為±50pA。由于輸入阻抗非常高（約為100GΩ），在該溫度范圍內(nèi)，輸入偏置電流隨輸入電壓的變化很小。這一特性使得運(yùn)放能夠更好地處理高阻抗信號(hào)源，減少信號(hào)的失真和誤差。

（四）上電時(shí)間

IC通常需要18μs的上電時(shí)間。電源穩(wěn)定時(shí)間取決于電源電壓、旁路電容的值、輸入電源的輸出阻抗以及組件之間的任何引線電阻或電感。運(yùn)放的穩(wěn)定時(shí)間主要取決于輸出電壓，并且受壓擺率限制。在VD = 3V和VOUT = VDD / 2V時(shí)，輸出大約在11.5μs內(nèi)穩(wěn)定。了解上電時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間對(duì)于系統(tǒng)的啟動(dòng)和正常工作至關(guān)重要，工程師需要根據(jù)這些參數(shù)來(lái)合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)序和電源管理。

七、應(yīng)用場(chǎng)景與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載

該系列運(yùn)放對(duì)容性負(fù)載具有較高的耐受性。在單位增益配置下，通?？梢则?qū)動(dòng)高達(dá)300pF的純?nèi)菪载?fù)載。增加增益可以增強(qiáng)放大器驅(qū)動(dòng)更大容性負(fù)載的能力。在單位增益配置中，可以通過(guò)在輸出端串聯(lián)一個(gè)小的（5Ω至30Ω）隔離電阻RISO來(lái)改善容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，這可以顯著減少振鈴，同時(shí)保持純?nèi)菪载?fù)載的直流性能。但如果負(fù)載還具有電阻性組件，則會(huì)形成分壓器，在輸出端引入直流誤差。對(duì)于不能容忍這種輕微直流誤差的應(yīng)用，可以采用在容性負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)合適電阻的方法來(lái)提供穩(wěn)定性。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體的負(fù)載特性和應(yīng)用要求，選擇合適的驅(qū)動(dòng)方式和電阻值，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

（二）高阻抗傳感器前端

該系列運(yùn)放可以與電流輸出傳感器（如光電二極管）和高阻抗電壓源（如壓電傳感器）進(jìn)行接口。對(duì)于電流輸出傳感器，跨阻放大器是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓的最有效方法。通常選擇高值反饋電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)大增益，同時(shí)反饋電容通過(guò)抵消高容性傳感器或電纜在反饋函數(shù)中引入的任何極點(diǎn)來(lái)幫助穩(wěn)定放大器。對(duì)于電壓輸出傳感器，通常使用同相放大器來(lái)緩沖和/或?qū)斎腚妷盒盘?hào)施加小增益。在這些應(yīng)用中，低電流噪聲和低電壓噪聲的組合非常重要。如果直流精度很重要，需要注意校準(zhǔn)掉光電二極管的暗電流。工程師在設(shè)計(jì)高阻抗傳感器前端時(shí)，要充分考慮傳感器的特性和信號(hào)處理要求，合理選擇放大器的配置和參數(shù)，以提高系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確性。

（三）關(guān)斷操作

MAX9636/MAX9638具有低電平有效關(guān)斷模式，可使輸入和輸出進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，并大幅降低靜態(tài)電流。關(guān)斷低電平（VIL）和高電平（VIH）閾值電壓設(shè)計(jì)為便于與數(shù)字控制（如微控制器輸出）集成，這些閾值與電源無(wú)關(guān)，無(wú)需外部下拉電路。在關(guān)斷狀態(tài)下，輸出處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，輸出泄漏電流限制在0.01μA以內(nèi)。這一特性使得運(yùn)放能夠在不工作時(shí)降低功耗，延長(zhǎng)電池壽命，同時(shí)方便與數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)行集成。

（四）ADC驅(qū)動(dòng)

MAX9636/MAX9637/MAX9638是驅(qū)動(dòng)中高分辨率ADC的理想低功耗放大器。例如，MAX1286 - MAX1289系列低功耗12位ADC與該系列運(yùn)放非常匹配，這些ADC提供高達(dá)150ksps的采樣率，具有3V和5V電源以及1通道和2通道選項(xiàng)，在10ksps采樣時(shí)僅消耗15μA，在關(guān)斷時(shí)僅消耗0.2μA。同樣，MAX1086 - MAX1089是10位引腳兼容的低功耗ADC系列，具有相同的3V/5V、1通道和2通道選項(xiàng)。工程師在設(shè)計(jì)ADC驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，需要根據(jù)ADC的特性和性能要求，選擇合適的運(yùn)放和ADC組合，以確保系統(tǒng)的采樣精度和性能。

八、總結(jié)

MAX9636/MAX9637/MAX9638系列運(yùn)放以其低功耗、低噪聲、寬帶寬和高集成度等優(yōu)點(diǎn)，為電池供電應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，充分了解其電氣特性、工作原理和應(yīng)用要點(diǎn)，合理選擇和使用該系列運(yùn)放，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳性能。同時(shí)，要注意參考文檔中給出的典型工作特性曲線和設(shè)計(jì)建議，進(jìn)行必要的仿真和測(cè)試，確保設(shè)計(jì)的可靠性和穩(wěn)定性。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。