MAX9938：納米功耗高精度電流檢測放大器的卓越之選

在電子設(shè)備的電源管理和電路監(jiān)測領(lǐng)域，電流檢測放大器是至關(guān)重要的元件。今天要為大家詳細(xì)介紹的 MAX9938，就是一款具有出色性能的納米功耗、高精度電流檢測放大器，它在筆記本電腦、手機(jī)、PDA 以及各種電池供電的便攜式設(shè)備中都有著廣泛的應(yīng)用前景。

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一、產(chǎn)品概述

MAX9938 是一款高端電流檢測放大器，具備高精度的特性。其輸入失調(diào)電壓 (V_{os}) 最大不超過 500μV，增益誤差最大不超過 0.5%。同時(shí)，它的靜態(tài)電源電流超低，僅為 1μA。這款放大器提供了多種封裝選擇，包括 1mm x 1mm 的超小 UCSP? 封裝、5 引腳的 SOT23 封裝以及 6 引腳的 μDFN 封裝，非常適合對(duì)精度、低靜態(tài)電流和小尺寸有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場景。

二、關(guān)鍵特性剖析

2.1 超低功耗

靜態(tài)電源電流最大僅 1μA，這一特性使得 MAX9938 在電池供電的設(shè)備中表現(xiàn)出色，能夠顯著延長電池的續(xù)航時(shí)間。對(duì)于那些對(duì)功耗敏感的便攜式設(shè)備來說，這無疑是一個(gè)巨大的優(yōu)勢。

2.2 高精度性能

• 低輸入失調(diào)電壓：最大 500μV 的輸入失調(diào)電壓，允許在全電流測量時(shí)使用小至 25mV 到 50mV 的滿量程 (V_{SENSE}) 電壓，從而實(shí)現(xiàn)極低的電壓降，提高了測量的精度。
• 低增益誤差：增益誤差最大不超過 0.5%，確保了輸出電壓與輸入電流之間的線性關(guān)系，使得測量結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

2.3 寬輸入共模電壓范圍

輸入共模電壓范圍為 1.6V 到 28V，這意味著它可以監(jiān)測電壓低至 1.6V 的電池輸出電流，具有很強(qiáng)的通用性和適應(yīng)性。

2.4 多樣的增益選擇

提供四種增益版本：25V/V（MAX9938T）、50V/V（MAX9938F）、100V/V（MAX9938H）和 200V/V（MAX9938W），這種靈活性使得工程師可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇合適的增益，以匹配不同的外部電流檢測電阻。

2.5 小尺寸封裝

提供多種小尺寸封裝，如 1mm x 1mm x 0.6mm 的 4 凸點(diǎn) UCSP、5 引腳 SOT23 和 2mm x 2mm x 0.8mm 的 6 引腳 μDFN 封裝，滿足了現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)小型化和高密度集成的要求。

三、電氣特性詳解

3.1 電源電流

電源電流會(huì)隨著輸入電壓和溫度的變化而有所不同。在 (V{RS+} = 5V)、(T{A} = +25°C) 時(shí)，典型值為 0.5μA，最大值為 0.85μA；在不同的電壓和溫度條件下，其值也在相應(yīng)的范圍內(nèi)變化，這為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)考慮功耗提供了詳細(xì)的參考。

3.2 共模輸入范圍和共模抑制比

共模輸入范圍為 1.6V 到 28V，保證了在較寬的電壓范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定工作。共模抑制比在 1.6V < (V{RS+}) < 28V、-40°C < (T{A}) < +85°C 條件下，最小值為 94dB，典型值為 130dB，這表明它能夠有效地抑制共模干擾，提高測量的準(zhǔn)確性。

3.3 輸入失調(diào)電壓和增益

輸入失調(diào)電壓在 (T_{A} = +25°C) 時(shí)最大為 ±100μV，在 -40°C < (T) < +85°C 時(shí)最大為 ±500μV。不同的增益版本（25V/V、50V/V、100V/V、200V/V）提供了靈活的輸出選擇，以滿足不同應(yīng)用的需求。

3.4 增益誤差和輸出電阻

增益誤差在不同的增益版本和溫度條件下有所不同，但最大值都在合理的范圍內(nèi)，確保了測量的精度。輸出電阻也根據(jù)不同的增益版本有所變化，為設(shè)計(jì)輸出電路提供了依據(jù)。

3.5 輸出電壓和帶寬

輸出低電壓和輸出高電壓在不同增益條件下有相應(yīng)的規(guī)定，同時(shí)，小信號(hào)帶寬也隨著增益的變化而變化，這些參數(shù)對(duì)于設(shè)計(jì)信號(hào)處理和采集電路非常重要。

3.6 輸出建立時(shí)間

輸出建立時(shí)間為到達(dá)最終值的 1%所需的時(shí)間，在 (V_{SENSE} = 50mV) 時(shí)為 100μs，這對(duì)于需要快速響應(yīng)的應(yīng)用來說是一個(gè)重要的參考指標(biāo)。

四、典型應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 典型工作電路

典型工作電路中，MAX9938 通過監(jiān)測電流檢測電阻上的電壓來放大信號(hào)，并輸出與負(fù)載電流成正比的電壓。其輸出經(jīng)過一個(gè)負(fù)載電阻 (R_{OUT})，最終連接到 ADC 進(jìn)行采集和處理。

4.2 檢測電阻的選擇

• 電壓損失：為了減少電源電壓的下降，應(yīng)盡量選擇低值的檢測電阻 (R_{SENSE})。
• 輸出擺幅與 (V{RS+}) 和 (V{SENSE}) 的關(guān)系：由于供應(yīng)電壓就是輸入共模電壓，輸出電壓擺幅受到 (R{S+}) 最小電壓的限制。需要根據(jù)公式 (V{OUT }(max )=V{RS+}(min )-V{SENSE }(max )-V{OH}) 和 (R{SENSE }=frac{V{OUT }(max )}{G × I{LOAD }(max )}) 來選擇合適的檢測電阻，以確保輸出電壓在合理的范圍內(nèi)。
• 精度：在線性區(qū)域內(nèi)，精度主要受到輸入失調(diào)電壓和增益誤差的影響。使用線性方程 (V{OUT }=( gain pm GE) × V{SENSE } pm( gain × V{OS})) 可以計(jì)算總誤差。高值的 (R{SENSE}) 可以使較小的電流測量更加準(zhǔn)確，因?yàn)楫?dāng)檢測電壓較大時(shí)，失調(diào)的影響相對(duì)較小。

4.3 效率和功耗

在高電流水平下，檢測電阻 (R{SENSE}) 中的 (I^2R) 損耗可能會(huì)很顯著。因此，在選擇電阻值和其功率耗散（瓦數(shù)）額定值時(shí)要充分考慮這一點(diǎn)。此外，MAX9938 的高精度 (V{OS}) 允許使用小的檢測電阻，以減少功耗和熱點(diǎn)。

4.4 開爾文連接

由于通過 (R_{SENSE}) 的電流較大，為了消除寄生走線電阻對(duì)檢測電壓的影響，應(yīng)使用四端電流檢測電阻或開爾文（強(qiáng)制和感應(yīng)）PCB 布局技術(shù)。

4.5 可選輸出濾波電容

當(dāng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在 ADC 中有采樣保持階段時(shí)，采樣電容會(huì)瞬間加載輸出，導(dǎo)致輸出電壓下降。如果采樣時(shí)間非常短（小于一微秒），可以考慮在輸出和地之間使用陶瓷電容，以在采樣期間保持 (V_{OUT}) 恒定。這也會(huì)降低電流檢測放大器的小信號(hào)帶寬，減少輸出端的噪聲。

4.6 輸入濾波器

在某些應(yīng)用中，電流檢測放大器需要在存在差模和共模紋波以及各種輸入瞬態(tài)條件下準(zhǔn)確測量電流。MAX9938 提供了兩種濾波方法來改善在輸入共模電壓和輸入差模電壓瞬態(tài)下的性能。

• 差模輸入濾波器：通過在 (R{S+}) 和 (R{S-}) 之間連接電容 (C{IN}) 以及在檢測電阻和 (R{S-}) 之間連接電阻 (R_{IN})，可以有效濾除輸入差模電壓，防止其影響 MAX9938 的性能。
• 輸入共模濾波器：同樣通過選擇合適的 (R{IN}) 和 (C{IN}) 來確定濾波器的截止頻率，但需要注意 (R_{IN}) 對(duì)增益誤差和輸入失調(diào)電壓的影響。

4.7 雙向應(yīng)用

在電池供電系統(tǒng)中，可能需要精確的雙向電流檢測放大器來準(zhǔn)確監(jiān)測電池的充電和放電電流。通過使用兩個(gè) MAX9938 分別測量充電和放電電流，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的監(jiān)測。

五、封裝信息與版本歷史

5.1 封裝信息

MAX9938 提供多種封裝類型，包括 2 x 2 UCSP、5 SOT23 和 6 μDFN 等。每種封裝都有詳細(xì)的尺寸和布局信息，工程師可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。在選擇封裝時(shí)，需要注意“+”、“#”或“-”在封裝代碼中僅表示 RoHS 狀態(tài)，而不影響封裝的其他特性。

5.2 版本歷史

該產(chǎn)品的文檔經(jīng)歷了多次修訂，每次修訂都對(duì)產(chǎn)品信息進(jìn)行了更新和完善。例如，增加了 μDFN 封裝信息、G45 標(biāo)識(shí)、輸入濾波器部分等。了解版本歷史可以幫助工程師獲取最新和最準(zhǔn)確的產(chǎn)品信息。

總之，MAX9938 憑借其超低功耗、高精度、寬輸入范圍和多樣的封裝選擇等優(yōu)勢，成為了電池供電和便攜式設(shè)備中電流檢測的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用中，工程師應(yīng)根據(jù)具體需求合理選擇檢測電阻、采取適當(dāng)?shù)臑V波和布局措施，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在使用 MAX9938 的過程中，有沒有遇到什么特別的問題或者有獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。