MAX9100/MAX9101：+1.0V 微功耗 SOT23 比較器的詳細(xì)解析

在電子工程師的日常工作中，比較器是一種常用的基礎(chǔ)器件。今天咱們就來詳細(xì)聊聊 MAXIM 公司的 MAX9100/MAX9101 +1.0V 微功耗 SOT23 比較器，看看它有哪些特性和應(yīng)用場(chǎng)景。

文件下載：MAX9100.pdf

一、器件概述

MAX9100/MAX9101 微功耗比較器是為單電池系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的，能在 1.0V 至 5.5V 的單電源下工作。它具有超低電壓運(yùn)行、僅 5μA 的靜態(tài)電流消耗以及小尺寸封裝等特點(diǎn)，非常適合電池供電系統(tǒng)。其寬輸入共模范圍包含負(fù)軌，且輸出可實(shí)現(xiàn)軌到軌擺動(dòng)，這意味著幾乎整個(gè)電源都能用于信號(hào)電壓。另外，傳播延遲小于 4μs，上升和下降時(shí)間為 100ns。

二、關(guān)鍵特性

1. 超低電壓運(yùn)行：能保證在低至 1.0V 的電壓下正常工作。這一特性對(duì)于一些對(duì)電源要求苛刻的電池供電系統(tǒng)來說至關(guān)重要，能有效延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。大家想想，如果在一個(gè)小型的便攜設(shè)備中，使用這種低電壓比較器，是不是就能讓設(shè)備的電池續(xù)航更持久呢？
2. 低靜態(tài)電流：靜態(tài)電流僅 5μA，極大地降低了功耗，進(jìn)一步適配了電池供電系統(tǒng)。
3. 單電池系統(tǒng)優(yōu)化：專門針對(duì)單電池供電系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，能更好地發(fā)揮單電池系統(tǒng)的性能。
4. 寬輸入共模范圍：可以適應(yīng)更廣泛的輸入信號(hào)范圍，提高了器件的通用性。
5. 不同輸出類型：MAX9100 具有推挽式 CMOS 輸出級(jí)，能提供高達(dá) 5mA 的灌電流和拉電流，可實(shí)現(xiàn)軌到軌輸出擺動(dòng)；MAX9101 則是開漏輸出級(jí)，適合混合電壓設(shè)計(jì)。這兩種不同的輸出類型，為工程師們?cè)诓煌?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/167/" target="_blank">電路設(shè)計(jì)中提供了更多的選擇。
6. 快速響應(yīng)：傳播延遲小于 4μs，上升和下降時(shí)間為 100ns，能快速對(duì)輸入信號(hào)做出響應(yīng)。
7. 小尺寸封裝：采用微小的 SOT23 - 5 封裝，節(jié)省了電路板空間，對(duì)于一些對(duì)空間要求較高的設(shè)計(jì)非常友好。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

1. 單電池系統(tǒng)：如各種單電池供電的設(shè)備，能充分發(fā)揮其低功耗和低電壓運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)。
2. 尋呼機(jī)：在尋呼機(jī)這種對(duì)功耗和尺寸都有一定要求的設(shè)備中，MAX9100/MAX9101 能很好地滿足需求。
3. 閉合傳感器應(yīng)用：可以用于各種傳感器電路中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的比較和處理。
4. 電池供電儀器：像一些便攜式的測(cè)量?jī)x器等，使用該比較器能延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間。
5. 便攜式電子設(shè)備和便攜式通信設(shè)備：如手機(jī)、平板電腦等的部分電路中也可以使用。

四、電氣特性

電源相關(guān)

• 電源電壓范圍：1.0V 至 5.5V。
• 電源電流：在不同電源電壓和溫度條件下有不同的值，例如在 (V_{CC} = +1V)，(T_A = +25°C) 時(shí)，典型值為 5.0μA，最大值為 8.0μA。

輸入相關(guān)

• 輸入失調(diào)電壓：在不同溫度條件下有不同的最大偏差，在 (T_A = +25°C) 時(shí)，典型值為 ±3mV，最大值為 ±10mV。
• 輸入滯后：一般為 ±2mV。
• 輸入失調(diào)電流：在 (V_{CC} = +5.5V)，(T_A = +25°C) 時(shí)，典型值為 ±0.1nA，最大值為 ±5nA。
• 輸入偏置電流：在不同溫度和電源電壓條件下有所變化。
• 輸入電阻：差模為 200MΩ，共模為 65MΩ。
• 輸入共模電壓范圍：從 0 至 (V_{CC} - 0.2V)。

輸出相關(guān)

• MAX9100 輸出高電壓：在不同電源電壓和負(fù)載電流條件下有不同值，例如 (V{CC} = +5.0V)，(I{SOURCE} = 5mA) 時(shí)，(V{CC} - V{OH}) 典型值為 90mV，最大值為 180mV。
• 輸出低電壓：同樣在不同電源電壓和負(fù)載電流下有不同值。
• 輸出短路電流：在不同電源電壓下有相應(yīng)的數(shù)值。
• MAX9101 輸出開漏泄漏電流：在 (V_{CC} = +5.5V) 時(shí)，典型值為 0.02μA，最大值為 0.2μA。

時(shí)間相關(guān)

• 上電時(shí)間：典型值為 250ns。
• 輸出上升時(shí)間和下降時(shí)間：在 (C_L = 15pF) 時(shí)，典型值均為 100ns。
• 傳播延遲：在不同電源電壓和輸入過驅(qū)動(dòng)條件下有不同的值。

五、典型應(yīng)用

邏輯電平轉(zhuǎn)換

• 3V 到 5V 轉(zhuǎn)換：使用推挽輸出的 MAX9100，由 +5V 電源供電，通過兩個(gè)電阻將反相輸入偏置到 +1.5V。這樣的配置可以在輸出端實(shí)現(xiàn)完整的 5V 擺動(dòng)，最大限度地提高接收電路的噪聲容限。大家在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)具體的電路需求來調(diào)整電阻的值，以達(dá)到最佳的轉(zhuǎn)換效果。
• 1V 到 3V 轉(zhuǎn)換：使用 MAX9101，由 +1V 電源供電，輸出上拉電阻連接到 +3V 電源。同樣通過兩個(gè)電阻將反相輸入偏置到 +0.5V。

六、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸入級(jí)電路和軌到軌操作

器件的輸入共模范圍在 0 至 ((V_{CC} - 0.2V)) 內(nèi)是完全指定的，雖然可以實(shí)現(xiàn)全軌到軌輸入范圍，但性能會(huì)有所下降。輸入偏置電流在輸入電壓處于指定共模范圍內(nèi)時(shí)通常為 ±5nA。當(dāng)輸入電壓超過電源軌時(shí)，內(nèi)部二極管會(huì)導(dǎo)通，導(dǎo)致偏置電流呈指數(shù)級(jí)增加。

輸出級(jí)電路

MAX9100/MAX9101 的輸出級(jí)能夠?qū)崿F(xiàn)軌到軌操作，并且在輸出轉(zhuǎn)換期間電源電流的變化極小。這一特性減少了對(duì)電源濾波電容的要求，有助于延長(zhǎng)便攜式應(yīng)用中的電池壽命。

內(nèi)部和額外滯后

內(nèi)部具有 1.0mV 的滯后，可增加比較器的噪聲容限。還可以通過兩個(gè)電阻使用正反饋來生成額外的滯后，具體的電阻值可以根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算。大家在設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)實(shí)際的噪聲情況來決定是否需要增加額外的滯后以及如何計(jì)算電阻值。

電路板布局和旁路

通常不需要電源旁路電容，但在電源阻抗高或電源引線長(zhǎng)時(shí)，可以使用 100nF 的旁路電容。同時(shí)，要盡量減小信號(hào)引線長(zhǎng)度，以減少輸入和輸出之間的雜散電容，避免引起不穩(wěn)定。

總之，MAX9100/MAX9101 比較器以其低功耗、低電壓運(yùn)行、小尺寸和多種輸出類型等特點(diǎn)，為電子工程師在設(shè)計(jì)電池供電系統(tǒng)和邏輯電平轉(zhuǎn)換電路等方面提供了一個(gè)很好的選擇。大家在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)具體的需求來合理選擇和使用該器件。