用于低壓系統(tǒng)的模擬IC

這篇關(guān)于低壓IC的文章討論了多種型號(hào)的低壓IC，其中包括：電壓調(diào)節(jié)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器、電流監(jiān)測(cè)器、比較器、微處理器監(jiān)控電路、電壓基準(zhǔn)、模擬開(kāi)關(guān)以及數(shù)據(jù)收發(fā)器。此外，本文還討論了關(guān)于省電以及低壓系統(tǒng)管理的相關(guān)信息。

引言

低壓器件大多用于對(duì)尺寸、重量、功耗要求苛刻的場(chǎng)合，例如：PDA、手機(jī)及其它電池供電的便攜設(shè)備。低壓器件同樣也適合交流電供電設(shè)備，因?yàn)榈碗妷簬?lái)的低功耗允許設(shè)備使用更小的電源、散熱器和風(fēng)扇。

Maxim的產(chǎn)品線涵蓋了許多低壓IC，包括：運(yùn)算放大器、比較器、微處理器監(jiān)控電路、接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、模擬開(kāi)關(guān)和復(fù)用器、電壓基準(zhǔn)、DC-DC轉(zhuǎn)換器、數(shù)字電位器以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘等時(shí)鐘芯片。

本文涉及上述多個(gè)模擬IC產(chǎn)品線的器件，能夠從根本上降低工作電流，以下討論了與低壓工作相關(guān)的問(wèn)題，提供了從5V電源產(chǎn)生更低電壓的方案。表1給出了Maxim的1.8V、2.5V、3.0V和3.3V供電IC的選型表。

表1. Maxim低壓器件選型表

Category	1.8V	2.5V	3V	3.3V
μP Supervisors	MAX6326	MAX6742	MAX6745	MAX6745
A/D Converters	MAX1122	MAX1462	MAX1115	MAX1144
Analog Switches	MAX4695	MAX4644	MAX4653	MAX4592
Charge-Pump Voltage Converters	—	MAX619	MAX1673	MAX1730
Inductor-Based, Step-Up Regulators	MAX1687	MAX1706	MAX1678	MAX1709
Inductor-Based, Step-Down Regulators	MAX1928	MAX1928	MAX1921	MAX1921
Comparators, Fast	LMX331	MAX997	MAX997	MAX997
Comparators, Low Current	MAX9020	MAX9020	MAX9020	MAX9020
Comparators, Low Offset	MAX966	MAX997	MAX997	MAX997
D/A Converters	MAX5522	MAX5523	MAX5811	MAX5355
Digital Pots	—	DS4301	MAX5408	MAX5408
Linear Regulators	MAX1589	MAX1818	MAX1589	MAX1818
Multiplexers	MAX4638	MAX4638	MAX4639	MAX4701
Op Amps, Fast	MAX4291	MAX410	MAX4489	MAX4489
Op Amps, Low Current	MAX4036	MAX4036	MAX4036	MAX4036
Op Amps, Low Offset	MAX480	MAX4236A	MAX4238	MAX4238
Real-Time Clocks	DS1375	DS1375	DS1375	DS1375
References	MAX6018A	MAX6029	MAX6029	MAX6029
RS-232	MAX218	MAX3381E	MAX3322E	MAX3232E
RS-485	—	MAX3471	MAX3471	MAX3076E
USB	MAX3453	MAX3453	MAX3453	MAX3453

低壓工作降低功耗

將系統(tǒng)電源從5V降至一個(gè)更低電壓可以大大節(jié)省系統(tǒng)功耗。對(duì)于阻性和容性負(fù)載，所節(jié)省的功耗與電壓的平方成正比；對(duì)于恒流負(fù)載，例如基準(zhǔn)、運(yùn)算放大器，所節(jié)省的功耗與電壓成線性比例；對(duì)于恒功率負(fù)載，例如：硬盤，降低電源電壓不會(huì)節(jié)省功耗，但它要求器件工作在更低的輸入電壓。表2歸納了低壓系統(tǒng)與5V供電系統(tǒng)的功率對(duì)照。

表2. 低壓系統(tǒng)與5V供電系統(tǒng)的功率對(duì)照

Load Type	Power-Savings Formula	Power Savings Compared to 5V (%)
		1.8V Operation	2.5V Operation	3V Operation	3.3V Operation
Resistive	(1 - (V / 5)2) x 100	87	75	64	56
Capacitive	(1 - (V / 5)2) x 100	87	75	64	56
Constant Current	(V / 5) x 100	64	50	40	34

穩(wěn)壓源

關(guān)于電壓調(diào)節(jié)器的一般信息

Maxim提供多種穩(wěn)壓器，能夠產(chǎn)生低電源電壓或者將一個(gè)低壓轉(zhuǎn)換到另一低壓，其中包括：低壓差線性穩(wěn)壓器、開(kāi)關(guān)電容電荷泵轉(zhuǎn)換器和基于電感的開(kāi)關(guān)電源。

低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)使用簡(jiǎn)單，要求輸入電壓高于輸出電壓，能夠提供最高4A的輸出電流。LDO具有極低噪聲，價(jià)格低于開(kāi)關(guān)電源。但是，如果輸入電壓上升，這些器件會(huì)消耗更大功率(產(chǎn)生更多熱量)。當(dāng)然，在輸入電壓和輸出電壓差別不大的場(chǎng)合，線性穩(wěn)壓器可以提供較高效率(效率正比于V_OUT/V_IN)。

電荷泵能夠?qū)⒁粋€(gè)直流電壓提升到更高水平，或?qū)斎腚妷哼M(jìn)行反相。它通過(guò)電容儲(chǔ)存能量，提供小尺寸、低成本的DC-DC轉(zhuǎn)換電路。然而，這類器件的輸出電流通常低于0.75A，僅限于低功率場(chǎng)合應(yīng)用。

基于電感的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器能夠支持低功率和大功率的DC-DC轉(zhuǎn)換，既可以升壓(boost)，也可以降壓(buck)。Maxim的boost轉(zhuǎn)換器能夠提供高達(dá)4A的輸出電流，buck轉(zhuǎn)換器可以提供高達(dá)60A的輸出電流。

低壓差線性穩(wěn)壓器

線性穩(wěn)壓器要求輸入電壓高于輸出電壓。所需要的輸入電壓與輸出電壓的最小差值稱為壓差。新型線性穩(wěn)壓器比早期的線性穩(wěn)壓器(如LM7905)具有更低壓差，因此，稱其為低壓差線性穩(wěn)壓器或LDO。Maxim提供眾多類型的LDO，正壓輸出可低至0.75V (預(yù)置電壓)，也可以調(diào)節(jié)到0.5V。另外，我們還提供負(fù)壓輸出的LDO，輸出電壓范圍為-2.5V至-5V。

利用LDO實(shí)現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)換既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單，MAX1589 LDO系列產(chǎn)品使用簡(jiǎn)單，提供0.75V至3.0V的預(yù)置輸出電壓，500mA滿載輸出條件下，壓差低至0.175V。MAX1818 LDO系列產(chǎn)品同樣提供0.75V至3.0V的預(yù)置輸出電壓，輸出電流可達(dá)500mA，輸出電壓可以調(diào)節(jié)到最低1.25V，500mA滿載輸出條件下，壓差可以低至0.12V。


圖1. MAX1589 500mA LDO提供0.75V、1.0V、1.3V、1.5V、2.5V和3.0V預(yù)置輸出電壓；MAX1818 500mA LDO提供1.5V、1.8V、2.0V、2.5V、3.0V和5.0V預(yù)置輸出電壓，可調(diào)節(jié)輸出電壓范圍為1.25V至5V。

MAX8510 LDO系列產(chǎn)品集成了便攜設(shè)備所要求的一些重要功能：小尺寸(SC70)、低壓差(在120mA時(shí)為120mV)、低電源電流(90μA，最大值)。MAX8510/MAX8511可以提供多種預(yù)置輸出電壓，輸出范圍為1.5V至4.5V；MAX8512的輸出電壓可以通過(guò)外部電阻調(diào)節(jié)。

電荷泵電壓轉(zhuǎn)換器

對(duì)于低電流應(yīng)用，將3V電壓轉(zhuǎn)換到5V輸出最簡(jiǎn)單的方案是基于電容的電荷泵(圖2)。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的7660和大多數(shù)其它型號(hào)的電荷泵不能提供穩(wěn)壓輸出V_OUT，而MAX619內(nèi)置模擬基準(zhǔn)和誤差放大器，該誤差放大器輸出控制一組連接至外部電容的內(nèi)部開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)V_IN的倍壓或三倍壓，MAX619通過(guò)切換不同的工作模式，最終獲得穩(wěn)定的輸出電壓。以下電路能夠在2V至3.6V輸入下產(chǎn)生5V ±4%的輸出電壓，電流可達(dá)20mA。對(duì)于3.0V至3.6V輸入，輸出電流可以達(dá)到50mA。


圖2. 僅占用不到0.1in2的電路板尺寸，MAX619穩(wěn)壓型電荷泵轉(zhuǎn)換器能夠從2V至3.6V輸入產(chǎn)生5V ±4%輸出，電流可達(dá)20mA；3V至3.6V輸入時(shí)，電流可達(dá)50mA。

MAX5008是穩(wěn)壓型5V USB電荷泵，可以從低至2.9V的輸入電壓提供高達(dá)125mA的輸出電流，非常適合3.0V或3.3V供電的USB主設(shè)備。

處理雙極性信號(hào)的系統(tǒng)通常需要一路負(fù)壓供電，必要時(shí)可以使用本地供電，MAX889等電荷泵反相器是一種便捷的選擇。

基于電感的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器

開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器提供單路或多路輸出，可以采用脈沖頻率調(diào)制(PFM)、脈沖寬度調(diào)制(PWM)，也可以同時(shí)采用這兩種工作模式，具體取決于對(duì)輸出功率的要求。PFM控制機(jī)制在輕載下可以獲得較高效率，靜態(tài)電流可低至10μA。PWM架構(gòu)功耗較大，但其固定頻率工作方式有助于降低噪聲和EMI。有些轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)控制信號(hào)或負(fù)載電流的大小在這兩種控制方式之間切換工作模式。

LDO在較低壓差(V_IN - V_OUT)應(yīng)用場(chǎng)合能夠獲得較高效率，但在多數(shù)應(yīng)用中，輸入電壓明顯高于輸出電壓。這種情況下，需要使用降壓型開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。收音機(jī)、手機(jī)等RF應(yīng)用中，可以選擇開(kāi)關(guān)電源，但須注意避免在敏感的IF頻段引入干擾噪聲。

對(duì)于RF應(yīng)用，一個(gè)理想的選擇是MAX1684開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。這款器件能夠從4V至12V輸入產(chǎn)生3.3V、1A輸出，效率可達(dá)97%。內(nèi)置300kHz振蕩器和MOSFET，簡(jiǎn)單易用。

為了滿足低電壓、低功耗IC的需求，可以選擇高效的buck調(diào)節(jié)器升級(jí)現(xiàn)有的邏輯板。這些電路板通常提供3.3V電源，但需要1.8V電源為新的低壓邏輯電路供電。利用線性穩(wěn)壓器可以方便地把3.3V電壓轉(zhuǎn)換成1.8V，但當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)會(huì)消耗較大功率，這在許多應(yīng)用中是無(wú)法接受的。例如，需要2A輸出電流時(shí)，線性穩(wěn)壓器的功耗將達(dá)到3W，需要加裝散熱片。此時(shí)，MAX1830高效率開(kāi)關(guān)電源(圖3)能夠以大于90%的效率提供20mA至2A的輸出電流，無(wú)需外部MOSFET，也不需要散熱片。


圖3. MAX1830開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器以高于90%的效率將3.3V電源轉(zhuǎn)換成1.8V，輸出電流范圍為20mA至2A，無(wú)需外部MOSFET。

MAX1830采用微小的16引腳QSOP封裝，輸入電壓范圍為3V至5.5V。其靜態(tài)工作電流為325μA，待機(jī)模式下只有0.2μA。較高的開(kāi)關(guān)頻率(高達(dá)1MHz)允許外部使用小尺寸、低成本的表貼元件。

多輸出開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器用于多電源供電系統(tǒng)，例如，在筆記本電腦中產(chǎn)生V_CC，可以使用MAX1999，能夠產(chǎn)生四路穩(wěn)壓輸出(圖4)。


圖4. MAX1999開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生四路輸出電壓，其中包括兩路高效率的大功率開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器和兩個(gè)低功率LDO。它還包含電源就緒輸出、關(guān)斷控制、限流以及引腳可編程的上電順序等功能。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器

在便攜設(shè)備中，低功耗對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)說(shuō)非常重要。這些應(yīng)用通常要求高速轉(zhuǎn)換，而高速與低功耗在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是相互矛盾的兩個(gè)因素。針對(duì)這類需求，Maxim開(kāi)發(fā)了一系列能夠在采樣期間保持合理的電流損耗，而在關(guān)斷期間具有極低電流損耗的ADC。從而使轉(zhuǎn)換器不必連續(xù)工作，節(jié)省系統(tǒng)功耗。

例如，MAX1115能夠每秒鐘轉(zhuǎn)換100k次采樣。工作在+3V時(shí)僅消耗175μA電流；自動(dòng)關(guān)斷模式下僅消耗1μA電流。這樣，MAX1115能夠在間斷性采樣的應(yīng)用中節(jié)省大量功耗(圖5)。


圖5. 通過(guò)在兩次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之間進(jìn)入1μA低功耗關(guān)斷模式，MAX1115 8位ADC能夠大大降低電源電流。

手機(jī)中的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量(RSSI：接收信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量)是這類應(yīng)用的一個(gè)典型案例，MAX1115以2ksps的速率量化信號(hào)，僅從3V電源消耗2μA電流。整體系統(tǒng)誤差(失調(diào)、積分非線性、增益誤差之和)小于1 LSB，SINAD (信號(hào)與噪聲 + 失真比)低于48dB。

D/A轉(zhuǎn)換器

新型D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)使得低壓數(shù)字系統(tǒng)能夠產(chǎn)生模擬輸出。便攜應(yīng)用中，要求這些IC具有極低功耗并占用極小的電路板空間。例如，低成本的MAX5811即為一個(gè)10位、電壓輸出的DAC，工作電流只有170μA，關(guān)斷模式下電流低至1μA，非常適合便攜式應(yīng)用。串行數(shù)據(jù)控制允許其集成到SOT23封裝內(nèi)。

MAX5811采用2.7V單電源供電，提供滿擺幅輸出。非常適合失調(diào)電壓調(diào)整、設(shè)置偏置點(diǎn)調(diào)節(jié)電流(或電壓)等低成本應(yīng)用，也可以在其它電路中設(shè)置穩(wěn)壓輸出。

運(yùn)算放大器和電流監(jiān)測(cè)器

運(yùn)算放大器中，降低供電電壓會(huì)減小輸出電壓擺幅，進(jìn)而降低信噪比(SNR)?？紤]到這一因素，很多低壓運(yùn)放為了保持較高的SNR，通常需要提供滿擺幅輸出。同樣，許多運(yùn)放還具有滿擺幅輸入電壓范圍(可以達(dá)到單電源或雙電源擺幅)。

低壓工作不僅降低了信號(hào)范圍，噪底的提升也使SNR指標(biāo)更加受限。低壓放大器設(shè)計(jì)要求消耗極低的電流，這會(huì)造成更大的放大器噪聲。此外，由于使用大阻值反饋電阻(限制系統(tǒng)的電源電流)，也會(huì)增大噪聲。

在更加復(fù)雜的情況下，高阻抗節(jié)點(diǎn)很容易通過(guò)耦合電容從高速數(shù)字信號(hào)拾取噪聲。因此，高阻引線應(yīng)盡可能短，并使其遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)線。

值得注意的是，低壓運(yùn)放存在一些相互排斥的特性，包括低電源電流、低失調(diào)電壓和高速。例如，MAX4236A +3V供電系列產(chǎn)品具有1.7MHz的增益帶寬積、20μV的失調(diào)電壓和350μA的電源電流。輸入共模電壓范圍可以達(dá)到負(fù)壓，且滿擺幅輸出。這些特性使MAX4236A系列運(yùn)算放大器非常適合在低壓、電池供電產(chǎn)品中用作儀表放大器。

Maxim的運(yùn)算放大器產(chǎn)品線還提供雙向、高邊電流檢測(cè)放大器，例如：工作電壓為+2.7V的MAX4069系列(圖6)。這些電流檢測(cè)放大器采用高邊檢流電阻，從而避免了接地問(wèn)題，芯片采用8/10引腳μMAX?封裝。


圖6. MAX4070雙向檢流放大器構(gòu)成完備的電流至電壓轉(zhuǎn)換器

便攜產(chǎn)品設(shè)計(jì)中需要節(jié)約每一微安的電流，一些低電壓微功耗運(yùn)算放大器能夠顯著降低電源電流。+1.4V供電的MAX4036/MAX4038和+1.8V供電的MAX4474運(yùn)算放大器具有1.2μA (最大值)的極低功耗。提供滿擺幅輸出，輸入范圍可擴(kuò)展至負(fù)壓。

當(dāng)運(yùn)算放大器工作在低壓電源時(shí)，輸入共模電壓范圍和輸出電壓擺幅受到極大制約。設(shè)計(jì)低壓電路時(shí)必需注意這些輸入和輸出限制，表3列出了以上討論運(yùn)算放大器的一些數(shù)據(jù)。

表3. Maxim部分低壓運(yùn)算放大器參數(shù)選型表

Part	Supply Voltage Range (V)	Supply Current (μA, typ/max)	Input Common-Mode Voltage Range (V)	Output-Voltage Swing (V, typ)
MAX4036/MAX4038	1.4 to 3.6	0.8/1.2	VSS to (VDD - 0.4)	(VSS + 0.002) to (VDD - 0.002)
MAX4069	2.7 to 24	100/250	1.35 to 24	(VSS + 0.1) to (VDD - 0.09)
MAX4070	3.6 to 24	100/250	1.35 to 24	(VSS + 0.1) to (VDD - 0.09)
MAX4236A	2.4 to 5.5	350/440	-0.15 to (VCC - 1.2)	(VEE + 0.05) to (VCC - 0.15)
MAX4474	1.8 to 5.5	0.75/1.2	VSS to (VDD - 1.1)	(VSS + 0.001) to (VDD - 0.004)

比較器

與低壓運(yùn)算放大器一樣，低壓比較器需要針對(duì)高速、低電源電流和低失調(diào)電壓進(jìn)行優(yōu)化。例如，MAX9100微功耗比較器能夠工作在1V至5.5V電源范圍，僅消耗12μA (最大值)的電源電流。該器件具有3.7ms的傳輸延時(shí)、2mV失調(diào)，輸出擺幅可以達(dá)到電源電壓的0.3V以內(nèi)，共模范圍可以擴(kuò)展到負(fù)壓。

有些應(yīng)用需要監(jiān)測(cè)電源的輸出電壓，要求超低功耗。MAX9017A采用1.8V至5.5V電源供電，僅消耗1.2μA (典型值)電源電流，在單一芯片內(nèi)集成了一個(gè)電壓基準(zhǔn)和一個(gè)比較器。

微處理器監(jiān)控電路

任何微處理器(μP)系統(tǒng)都需要“監(jiān)控”管理，以避免出現(xiàn)意想不到的操作。監(jiān)控電路可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的復(fù)位發(fā)生器，確保上電后通過(guò)復(fù)位信號(hào)使系統(tǒng)在已知條件下啟動(dòng)。當(dāng)然，許多監(jiān)控電路還包含了其它功能，例如：備份電池管理、存儲(chǔ)器寫保護(hù)、用于監(jiān)測(cè)軟件運(yùn)行的“看門狗”定時(shí)器等。

備份電池能夠在V_CC掉電時(shí)為一些關(guān)鍵電路(CMOS存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等)供電，維持這些器件的正常工作。通過(guò)監(jiān)測(cè)V_CC，μP監(jiān)控電路決定何時(shí)將系統(tǒng)切換到備份電池供電。低壓工作時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)一些5V系統(tǒng)不存在的工程問(wèn)題。

對(duì)于5V系統(tǒng)，只是簡(jiǎn)單地比較V_CC和備份電池的電壓，一旦V_CC低于電池電壓，則將系統(tǒng)切換到備份電池供電。但在低壓系統(tǒng)中，這樣的操作可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)失效：備份鋰電池的電壓通常在3.6V左右，高于3.3V系統(tǒng)中V_CC的3.0V下限。Maxim的監(jiān)控電路允許備份電池電壓高于V_CC，只有當(dāng)V_CC跌落到所設(shè)置的門限時(shí)才會(huì)切換到電池供電，從而解決了這一問(wèn)題。

MAX823/MAX824提供電壓監(jiān)測(cè)和看門狗定時(shí)器，采用5引腳SC70和SOT23封裝(圖7)。


圖7. MAX823提供電源電壓監(jiān)測(cè)、看門狗、手動(dòng)復(fù)位功能，采用5引腳SC70/SOT23封裝。

MAX806R/S/T包括電池切換電路，能夠監(jiān)測(cè)3V和5V V_CC雙電源供電系統(tǒng)(圖8)。該電路中，主V_CC比較器用于監(jiān)測(cè)3V電源，電源失效比較器(PFI)用于監(jiān)測(cè)5V電源。


圖8. 配置如圖所示，該μP監(jiān)控電路用于監(jiān)測(cè)雙電壓系統(tǒng)的5V和3V V_CC。

當(dāng)3V V_CC超出容限時(shí)，內(nèi)部電路發(fā)出復(fù)位信號(hào)。5V V_CC觸發(fā)門限(4.527V至4.726V)采用精度為0.1%的電阻設(shè)置；當(dāng)5V電壓跌落到門限以下時(shí)，電源失效比較器輸出(PFO)拉低手動(dòng)復(fù)位輸入(MR)。因此，任何超出容限的V_CC都會(huì)導(dǎo)致器件復(fù)位。

有些Maxim的低壓監(jiān)控電路提供片選(CE)功能，用于保護(hù)存儲(chǔ)器IC。CE片選能夠在電源失效時(shí)屏蔽存儲(chǔ)器的讀、寫操作，保護(hù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容。例如，MAX792和MAX820具有CE片選，通過(guò)監(jiān)控電路的傳輸延時(shí)只有10ns (較短的傳輸延時(shí)允許使用低速、廉價(jià)的存儲(chǔ)器，因?yàn)镃E延時(shí)占用極短的存儲(chǔ)周期)。這些器件還提供手動(dòng)復(fù)位、上電復(fù)位、電源失效報(bào)警、看門狗定時(shí)等功能。

低功耗MAX6741能夠監(jiān)測(cè)兩路系統(tǒng)電壓，僅消耗6μA的電源電流(圖9)，該系列的監(jiān)控電路均可提供推挽式輸出或漏極開(kāi)路輸出，采用微型SC70封裝，檢測(cè)電壓可低至0.488V。


圖9. MAX6741監(jiān)測(cè)兩路電壓，任何一路電壓跌落到門限以下時(shí)將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。

電壓基準(zhǔn)

對(duì)于高精度、低電源電流的低壓應(yīng)用，三端帶隙基準(zhǔn)是最佳選擇。與兩端齊納二極管基準(zhǔn)相比，三端基準(zhǔn)通常具有更低的電源電流(圖10)。


圖10. 三端電壓基準(zhǔn)，與兩端基準(zhǔn)不同，電流損耗隨著輸入電壓的變化而變化。

為了保持最高SNR，輸出電壓應(yīng)盡可能高，輸入與輸出之間的壓差應(yīng)盡可能小。例如，當(dāng)一個(gè)2.5V基準(zhǔn)由3V ±10%的電源供電時(shí)，最好提供至少200mV的裕量。MAX6029高精度、2.5V基準(zhǔn)能夠滿足這一苛刻要求。它可以接受高達(dá)12V的輸入，僅消耗的5μA電源電流。

MAX6029能夠源出4mA、吸收1mA的電流，保證0.7μV/μA (源出)和5.5μV/μA (吸入)的負(fù)載調(diào)整率。溫漂為30ppm/°C，在2.5V至12.6V輸入范圍內(nèi)保證27μV/V (典型值)的電源調(diào)整率。

模擬開(kāi)關(guān)

最近幾年，低壓模擬開(kāi)關(guān)的精度有了顯著提高，MAX4651/MAX4652/MAX4653四通道、4Ω、單刀/單擲(SPST)模擬開(kāi)關(guān)采用1.8V至5.5V單電源供電。正如所預(yù)期的那樣，與高壓供電相比，低壓工作會(huì)造成導(dǎo)通電阻增大，開(kāi)關(guān)速度將低(圖11)。


圖11. MAX4653模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻和開(kāi)關(guān)時(shí)間

接口收發(fā)器

USB

通用串行總線(USB)在計(jì)算機(jī)和外設(shè)中非常通用，總線電壓為5V，許多信號(hào)需要連接到更低電壓的系統(tǒng)。Maxim器件能夠輕松連接低壓邏輯和USB電平，處理各種USB接口控制信號(hào)。MAX3453能夠?qū)SB 1.1/2.0連接到1.65V至3.6V邏輯電平，電源電壓可低至3.1V，非常適合鋰電池供電系統(tǒng)的邏輯信號(hào)。圖12給出了低壓邏輯與USB的一個(gè)典型連接，通過(guò)MAX3453實(shí)現(xiàn)。


圖12. MAX3453 USB收發(fā)器能夠連接低壓邏輯和5V USB總線，完全兼容于USB 1.1/2.0，可支持12Mbps和1.5Mbps速率。

RS-232和RS-485

RS-232也稱為232E (正式名稱為EIA/TIA-232-E)，常見(jiàn)于大型主機(jī)和微計(jì)算機(jī)，當(dāng)時(shí)設(shè)備普遍采用±12V供電，最初的RS-232收發(fā)器同樣需要±12V供電。由于壓差的存在，輸出電壓擺幅可能降至±9V，最低電壓為±5V。

便攜產(chǎn)品和低壓設(shè)備沿用了新的串口規(guī)范，替代傳統(tǒng)的232E、EIA/TIA-562 (簡(jiǎn)稱為562)標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)于1991年生效，562和232E標(biāo)準(zhǔn)電氣兼容，即新的562設(shè)計(jì)兼容于現(xiàn)有的232E設(shè)備，反之亦然。無(wú)論是否采用新標(biāo)準(zhǔn)，通常用RS-232表示兩種標(biāo)準(zhǔn)的任何一種，這已經(jīng)是行業(yè)內(nèi)的慣例。

表4給出了232E與562的規(guī)格比較，注意，它們具有不同的驅(qū)動(dòng)器輸出擺幅(±5V與±3.7V)，但接收器輸入門限相同(±3V)。562器件±3.7V的最小輸出擺幅允許它們與232接收器通信，其輸入門限為±3V。當(dāng)然，此時(shí)的噪聲容限只有0.7V。相比之下，232驅(qū)動(dòng)器±5V的最小輸出擺幅則提供了2V噪聲裕量。

表4. 232E與562接口標(biāo)準(zhǔn)比較

Parameter	EIA-232E	EIA-562
Mode of operation	Single ended	Single ended
Allowed number of transmitters and receivers per data line	1 Tx, 1 Rx	1 Tx, 1 Rx
Maximum cable length	C < 2500pF	C < 2500pF for data rates < 20kb/s,C < 1000pF for data rates > 20kb/s
Maximum data rate (kb/s)	20	64
Driver output voltage, loaded (V)	minimum
	±5	±3.7
	maximum
	±15	±13.2
Maximum driver short-circuit current (mA)	500	60
Transmitter load impedance (kΩ)	3 to 7	3 to 7
Instantaneous slew rate (V/μs)	<30	<30
Receiver input threshold (sensitivity) (V)	±3	±3
Receiver input resistance (kΩ)	3 to 7	3 to 7
Receiver input range (V)	±25	±25

Maxim新推出的RS-232器件內(nèi)部集成了電荷泵轉(zhuǎn)換器，只需幾個(gè)外部電容，能夠工作在更低的電源電壓。許多Maxim的RS-232器件具有自動(dòng)關(guān)斷功能，通過(guò)RS-232通信信號(hào)“喚醒”之前耗電只有1μA。MAX3381E (圖13)工作電壓可低至2.35V，確保支持250kbps的數(shù)據(jù)速率，內(nèi)置±15kV ESD保護(hù)。兩路接收器在1μA關(guān)斷模式下保持有效，使得芯片能夠在極低功耗下監(jiān)測(cè)外部設(shè)備。MAX218 (圖中沒(méi)有畫出)能夠工作在低至+1.8V的電源電壓，內(nèi)部采用開(kāi)關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器，外部需要一個(gè)電感、一個(gè)二極管和幾個(gè)電容。


圖13. 該低壓接口IC內(nèi)部集成了電荷泵轉(zhuǎn)換器，能夠產(chǎn)生RS-232通信所需要的電壓。