MAX951 - MAX954：超低功耗單電源運(yùn)算放大器、比較器與基準(zhǔn)電壓源的完美組合

在當(dāng)今對功耗要求日益嚴(yán)苛且追求功能集成化的電子設(shè)計領(lǐng)域，MAX951 - MAX954系列芯片以其獨(dú)特的性能優(yōu)勢，成為眾多設(shè)計工程師的理想選擇。下面就帶大家深入了解這款芯片。

文件下載：MAX952.pdf

芯片概述

MAX951 - MAX954芯片將微功耗運(yùn)算放大器、比較器和基準(zhǔn)電壓源集成于一個8引腳封裝中，提供了高度集成的解決方案。其中，MAX951和MAX952內(nèi)部比較器的反相輸入端連接到一個1.2V ± 2%的帶隙基準(zhǔn)電壓源，而MAX953和MAX954則沒有內(nèi)置該基準(zhǔn)電壓源。

在供電方面，MAX951/MAX952采用單2.7V至7V電源供電，典型電源電流為7μA；MAX953/MAX954的供電范圍是2.4V至7V，典型電源電流僅5μA。這種超低功耗的特性，使其在電池供電的設(shè)備中表現(xiàn)出色，能夠顯著延長電池續(xù)航時間。

主要特性解析

1. 運(yùn)算放大器特性

• 增益穩(wěn)定性：MAX951/MAX953的運(yùn)算放大器采用內(nèi)部補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了單位增益穩(wěn)定；而MAX952/MAX954的運(yùn)算放大器則具備典型125kHz的帶寬、66V/ms的壓擺率，且在增益為10V/V或更高時具有良好的穩(wěn)定性。
• 輸入輸出范圍：運(yùn)算放大器和比較器都具有從負(fù)電源軌到正電源軌1.6V以內(nèi)的共模輸入電壓范圍，輸出級能夠?qū)崿F(xiàn)軌到軌擺動，這大大增加了其應(yīng)用的靈活性。
• 輸出級設(shè)計：獨(dú)特的輸出級設(shè)計使運(yùn)算放大器在超低電源電流的情況下仍能保持線性，并且在負(fù)載條件下也能有出色的表現(xiàn)。同時，經(jīng)過精心設(shè)計，運(yùn)算放大器在整個工作溫度范圍內(nèi)都表現(xiàn)出良好的直流特性，有效減少了輸入?yún)⒖颊`差。

2. 比較器特性

• 輸出能力：比較器輸出級能夠連續(xù)提供高達(dá)40mA的電流，并且能夠消除在邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換時常見的電源干擾，降低寄生反饋，使用起來更加方便。
• 內(nèi)部遲滯：內(nèi)部包含±3mV的遲滯，即使在輸入信號變化緩慢的情況下，也能確保輸出干凈利落地切換，避免出現(xiàn)振蕩等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

3. 基準(zhǔn)電壓源特性

MAX951/MAX952的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源相對于VSS輸出為1.20V，在 -40°C至 +85°C的溫度范圍內(nèi)精度為±2%。它由一個經(jīng)過微調(diào)的帶隙基準(zhǔn)源、一個與絕對溫度成正比（PTAT）的電流源和一個微功耗單位增益放大器組成，REF輸出通常能夠源出和吸收20μA的電流。不過需要注意的是，不要對基準(zhǔn)輸出進(jìn)行旁路操作，并且該基準(zhǔn)源在電容負(fù)載小于100pF時是穩(wěn)定的。

芯片選型指南

工程師們可以根據(jù)具體的設(shè)計需求，如是否需要內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源、運(yùn)算放大器的增益穩(wěn)定性要求以及對電源電流的限制等因素，從上述表格中選擇合適的芯片型號。

應(yīng)用注意事項(xiàng)

1. 比較器遲滯

比較器的遲滯可以通過增加上閾值和降低下閾值來提高其抗噪聲能力。MAX951 - MAX954內(nèi)部已經(jīng)包含了±3mV寬的遲滯帶，但在必要時，還可以通過使用外部電阻添加正反饋來進(jìn)一步增加遲滯。不過需要注意的是，這樣做會增加電源電流并降低響應(yīng)速度。

2. 輸入噪聲考慮

由于低功耗要求通常需要高阻抗電路，因此輻射噪聲的影響更為顯著。在設(shè)計時，應(yīng)盡可能縮短運(yùn)算放大器或比較器輸入與任何連接的電阻網(wǎng)絡(luò)之間的走線，以減少噪聲干擾。

3. 串?dāng)_問題

• 基準(zhǔn)電壓源串?dāng)_：比較器對基準(zhǔn)電壓源的內(nèi)部串?dāng)_與封裝有關(guān)。在VDD = 5V的典型情況下，塑料DIP封裝的串?dāng)_為45mV，SO封裝為32mV。對于使用基準(zhǔn)電壓源為運(yùn)算放大器或外部電路供電的應(yīng)用，可以使用簡單的RC低通濾波器來消除這種串?dāng)_。
• 運(yùn)算放大器串?dāng)_：比較器對運(yùn)算放大器的內(nèi)部串?dāng)_同樣與封裝有關(guān)，但不是輸入?yún)⒖嫉?。在VDD = 5V時，塑料DIP封裝的串?dāng)_為4mV，SO封裝為280μV。

4. 運(yùn)算放大器穩(wěn)定性和電路板布局

MAX951 - MAX954的運(yùn)算放大器在驅(qū)動重電容負(fù)載時，在最小增益配置下仍能保持穩(wěn)定。在電路板布局方面，由于低功耗、高阻抗電路可能會增加電路板泄漏和雜散電容的影響，因此應(yīng)盡量減少泄漏和雜散電容。在某些情況下，可能需要在反饋電阻上跨接一個2pF至10pF的電容來進(jìn)行補(bǔ)償，選擇能確保穩(wěn)定性的最小電容值即可。

5. 輸入過驅(qū)動

當(dāng)比較器有100mV的過驅(qū)動時，傳播延遲通常為6μs。同時，當(dāng)MAX951 - MAX954的運(yùn)算放大器過驅(qū)動到負(fù)電源軌時，電源電流可能會增加。例如，將運(yùn)算放大器作為比較器使用并施加 -100mV的輸入過驅(qū)動時，在2.8V和7V的電源電壓下，電源電流分別會增加約15μA和32μA。

6. 電源旁路

如果電源阻抗較低，則不需要電源旁路電容。對于單電源應(yīng)用，通常建議使用一個0.1μF的電容將VDD旁路到地，但不要對基準(zhǔn)輸出進(jìn)行旁路操作。

典型應(yīng)用電路

1. 低頻無線電接收器

可用于低頻RF報警的前端。通過未屏蔽的電感器與電容器組成諧振電路提供頻率選擇性，運(yùn)算放大器對接收信號進(jìn)行放大，比較器提高抗噪聲能力、設(shè)置信號強(qiáng)度閾值并將接收信號轉(zhuǎn)換為脈沖序列。但要注意布局和布線要緊湊，以減少60Hz干擾和比較器的串?dāng)_，并使用金屬屏蔽防止RFI干擾。

2. 紅外接收器前端

將MAX952用作引腳光電二極管前置放大器和鑒別器。運(yùn)算放大器配置為Delyiannis - Friend帶通濾波器，可減少噪聲干擾和消除低頻干擾，適用于電視遙控器和高達(dá)20kbps的低頻數(shù)據(jù)鏈路。同樣，需要注意放大器的組件布局和布線，以減少雜散電容、60Hz干擾和比較器的RFI。

3. 煙霧探測器的傳感器前置放大器和報警觸發(fā)

MAX951 - MAX954運(yùn)算放大器的高阻抗CMOS輸入非常適合緩沖高阻抗傳感器，如煙霧探測器的電離室。以MAX951為例，通過高輸入阻抗運(yùn)算放大器對電離室中間板的電壓進(jìn)行緩沖，比較器和電阻分壓器設(shè)置報警閾值以指示火災(zāi)。在設(shè)計和制造電離室中間板到運(yùn)算放大器同相輸入端的連接時，要特別注意減少電荷泄漏和60Hz干擾。

總之，MAX951 - MAX954系列芯片憑借其超低功耗、高集成度和出色的性能，在電池供電系統(tǒng)、儀器儀表、報警器等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。工程師們在使用過程中，只要充分了解其特性和注意事項(xiàng)，就能設(shè)計出更加優(yōu)秀的電路。大家在實(shí)際應(yīng)用中有沒有遇到過什么有趣的問題或者獨(dú)特的解決方案呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。