MAX9914 - MAX9917：低功耗軌到軌運(yùn)算放大器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，為電池供電應(yīng)用挑選合適的運(yùn)算放大器是一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。今天要給大家詳細(xì)介紹的 MAX9914 - MAX9917 系列運(yùn)算放大器，憑借其出色的性能，在低功耗、高精度等方面表現(xiàn)卓越，是電池供電應(yīng)用的理想之選。

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一、器件概述

MAX9914 - MAX9917 系列包含單通道的 MAX9914/MAX9915 和雙通道的 MAX9916/MAX9917 運(yùn)算放大器。它們的顯著特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了增益帶寬與供電電流的最大化比值，特別適合用于便攜式儀器、便攜式醫(yī)療設(shè)備和無(wú)線手持設(shè)備等電池供電的應(yīng)用場(chǎng)景。這些 CMOS 運(yùn)算放大器具有超低的 1pA 輸入偏置電流、軌到軌的輸入和輸出、僅 20μA 的低供電電流，并且可以在 1.8V 至 5.5V 的單電源下工作。其中，MAX9915/MAX9917 還具備低功耗關(guān)斷模式，能將供電電流降低至 1nA，并使放大器輸出處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。該系列器件的增益帶寬積為 1MHz，且單位增益穩(wěn)定。

二、主要特性

2.1 高增益帶寬積與低功耗

該系列運(yùn)算放大器具有 1MHz 的高增益帶寬積（GBW），同時(shí)供電電流極低。以 MAX9914/MAX9915 為例，在 1.8V 供電時(shí)，典型供電電流僅為 20μA；在 5.5V 供電時(shí)，典型值也不過 25μA。這種高增益帶寬與低功耗的完美結(jié)合，使得它們?cè)陔姵毓╇娫O(shè)備中能夠有效延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

2.2 寬電源電壓范圍

可在 1.8V 至 5.5V 的單電源電壓范圍內(nèi)工作，這為設(shè)計(jì)人員提供了更大的電源選擇空間，能夠適應(yīng)不同的電源配置需求。

2.3 超低輸入偏置電流

輸入偏置電流低至 1pA（典型值），并且由于輸入阻抗極高（約 1GΩ），輸入偏置電流隨輸入電壓的變化極小。這一特性在對(duì)輸入信號(hào)精度要求較高的應(yīng)用中尤為重要，能夠有效減少因輸入偏置電流引起的誤差。

2.4 軌到軌輸入輸出

MAX9914 - MAX9917 采用了并聯(lián)連接的 n 溝道和 p 溝道差分輸入級(jí)，使得輸入共模電壓范圍能夠超出正負(fù)電源軌 100mV，同時(shí)具備出色的共模抑制能力。在負(fù)載為 100kΩ 時(shí)，輸出能夠驅(qū)動(dòng)到離兩個(gè)電源軌 5mV 以內(nèi)；在 5kΩ 負(fù)載下，擺幅也能達(dá)到離電源軌 60mV 以內(nèi)。這種軌到軌的輸入輸出特性，使得它們能夠充分利用電源電壓范圍，提高信號(hào)處理的動(dòng)態(tài)范圍。

2.5 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流

輸入失調(diào)電壓典型值為 ±200μV，輸入失調(diào)電流典型值為 ±1pA。這些低失調(diào)特性有助于提高放大器的精度，減少信號(hào)處理過程中的誤差。

2.6 關(guān)斷模式

MAX9915 和 MAX9917 具有低電平有效的關(guān)斷輸入。進(jìn)入關(guān)斷模式的典型時(shí)間為 2μs，退出關(guān)斷模式的典型時(shí)間為 10μs。在關(guān)斷模式下，放大器輸出處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，供電電流可降低至 1nA（典型值），進(jìn)一步節(jié)省了功耗。

2.7 多種封裝形式

提供了多種小型封裝形式，如 5 引腳和 6 引腳的 SC70 封裝、8 引腳的 SOT23 封裝以及 10 引腳的 μMAX 封裝。這些小型封裝有助于減小電路板面積，適合便攜式設(shè)備的設(shè)計(jì)需求。

三、電氣特性

3.1 電源相關(guān)特性

在不同的電源電壓和溫度條件下，供電電流和關(guān)斷供電電流都有明確的參數(shù)范圍。例如，在 25°C 時(shí)，MAX9914/MAX9915 在 1.8V 供電時(shí)供電電流為 20μA，在 -40°C 至 +85°C 溫度范圍內(nèi)，MAX9914/MAX9915 在 5.5V 供電時(shí)最大供電電流為 29μA。

3.2 輸入輸出特性

輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流等參數(shù)在不同溫度下也有相應(yīng)的變化范圍。例如，在 -40°C 至 +85°C 溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓最大為 ±3mV。輸出電壓擺幅在不同負(fù)載電阻下也有特定的數(shù)值，如在 100kΩ 負(fù)載下，輸出電壓擺幅在高電平時(shí)離電源軌 6mV 以內(nèi)，低電平時(shí)離電源軌 5mV 以內(nèi)。

3.3 交流特性

增益帶寬積為 1MHz，相位裕度在 CL = 15pF 時(shí)為 45°，增益裕度為 10dB，壓擺率為 0.5V/μs。這些交流特性決定了放大器在處理交流信號(hào)時(shí)的性能。

四、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了一個(gè)典型的工作電路，以 MAX9916 為例，通過電阻 R1 - R4 可以實(shí)現(xiàn)不同的增益。對(duì)于 R1 = R4 且 R2 = R3 的情況，增益計(jì)算公式為 GAIN = 1 + R4/R2。這種電路結(jié)構(gòu)可以方便地實(shí)現(xiàn)特定的增益需求，適用于各種信號(hào)放大應(yīng)用。

五、應(yīng)用信息

5.1 驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載

該系列放大器在負(fù)載電容不超過 30pF 時(shí)單位增益穩(wěn)定。當(dāng)放大器配置為最小 10V/V 的增益時(shí)，容性負(fù)載可以增加到 100pF。對(duì)于需要更大容性驅(qū)動(dòng)能力的應(yīng)用，可以在輸出和容性負(fù)載之間使用隔離電阻。在單位增益應(yīng)用且負(fù)載電阻 RL 相對(duì)較?。s 5kΩ）時(shí)，容性負(fù)載也可以增加到 100pF。

5.2 電源考慮

MAX9914 - MAX9917 針對(duì) 1.8V 至 5.5V 的單電源操作進(jìn)行了優(yōu)化。高達(dá) 85dB（典型值）的高電源抑制比允許直接使用電池供電，既簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)又延長(zhǎng)了電池壽命。

5.3 上電建立時(shí)間

上電后，MAX9914 - MAX9917 通常需要 2μs 來(lái)完成建立。電源建立時(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)算放大器的建立時(shí)間主要取決于輸出電壓，并且受到壓擺率的限制。

5.4 電源旁路和布局

為了最小化噪聲，應(yīng)盡可能靠近引腳將 VDD 通過 0.1μF 的電容旁路到地。良好的布局技術(shù)可以通過減少運(yùn)算放大器輸入和輸出的雜散電容和電感來(lái)優(yōu)化性能，將外部組件靠近 IC 放置可以有效減小雜散電容和電感。

六、總結(jié)

MAX9914 - MAX9917 系列運(yùn)算放大器憑借其高增益帶寬、低功耗、寬電源電壓范圍、超低輸入偏置電流、軌到軌輸入輸出等特性，非常適合各種電池供電的應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過程中，工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇合適的型號(hào)和封裝，并注意驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載、電源考慮、上電建立時(shí)間以及電源旁路和布局等方面的問題，以充分發(fā)揮這些器件的性能優(yōu)勢(shì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中有沒有遇到過類似運(yùn)算放大器的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。