超小型nanoPower比较器MAX40002 - MAX40005、MAX40012 - MAX40015的特性与应用

在电子设计领域，对于那些对空间和功耗有严格要求的应用场景，选择合适的比较器至关重要。今天，我们就来详细探讨一下Analog Devices推出的MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015系列超小型nanoPower比较器，看看它们在实际应用中能为我们带来哪些优势。

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一、器件概述

适用场景

MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015非常适合各种便携式电子设备，如手机、媒体播放器和笔记本电脑等。这些设备通常对电路板空间和功耗有着极为严格的限制。

封装形式

该系列比较器提供两种封装选择，一种是微型4凸点晶圆级封装（WLP），尺寸仅为0.73mm x 0.73mm，小到相当于两个0402电阻的大小；另一种是5引脚SOT23封装。多样的封装形式为不同的设计需求提供了便利。

电气特性

• 供电范围：工作电源电压范围为1.7V至5.5V（可以是VCC或外部VREF），这使得它能够适应多种电源系统，如1.8V、2.5V、3V和5V系统。
• 功耗：仅消耗500nA的电源电流，对于需要长时间依靠电池供电的设备来说，这一特性可以大大延长电池的使用寿命。
• 输入电压范围：输入电压范围为0.1V至5.5V，且与电源电压无关。即使在电源关闭（VCC或外部VREF = 0V）的情况下，输入仍然保持高阻抗。
• 抗干扰能力：内部滤波功能使其具备高射频抗扰度，能有效减少外界干扰对比较器的影响。

输出类型

• MAX40002 - MAX40003和MAX40012 - MAX40013具有开漏输出，这种输出结构允许它们与不同电源电压的逻辑电路进行接口，不过需要外接上拉电阻或电流源才能正常工作。
• MAX40004 - MAX40005和MAX40014 - MAX40015则采用推挽输出，能够同时吸收和提供电流，无需外接上拉电阻。

内部参考电压

该系列器件还配备了内部参考电压，工厂预设了多种参考电压选项，包括0.2V、0.5V、0.9V或1.222V，这可以节省外部参考电压源的空间和成本。

温度范围

这些器件在 -40°C至 +125°C的汽车级温度范围内都能完全满足规格要求，具有良好的温度稳定性。

二、绝对最大额定值与热特性

绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于确保其安全可靠运行非常重要。MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015的绝对最大额定值涵盖了多个方面，如VCC/REF到GND的电压范围为 -0.3V至 +6V，IN到GND的电压范围同样是 -0.3V至 +6V等。超出这些额定值可能会对器件造成永久性损坏。

热特性

不同封装的热特性有所差异。例如，WLP封装的结到环境热阻（θJA）为104.41°C/W，SOT23封装的结到环境热阻（θJA）为255.9°C/W，结到外壳热阻（θJC）为81°C/W。在设计散热方案时，需要根据具体的封装形式和应用场景来考虑这些热特性。

三、电气特性详解

电源相关参数

在VCC / REF = 3.3V，RPULLUP = 100kΩ到VPULLUP = 3.3V，RL = ∞，CL = 20pF，TA = TMIN到TMAX的条件下，我们来看看一些关键的电气参数。电源电压范围为1.7V至5.5V，在不同的温度和负载条件下，电源电流和上电时间等参数都有相应的规定。例如，在TA = -40°C到 +125°C，无输出或参考负载电流，VIN > 0，VOUT = low的情况下，电源电流最大值为1.3µA。

输入特性

输入电压范围为0.1V至5.5V，输入失调电压在不同的温度和输入电压范围内有不同的值。输入偏置电流和输入泄漏电流也会随着温度和输入电压的变化而变化。此外，输入电容为0.4pF，电源抑制比（PSRR）在REF DC、外部VREF的条件下为45dB。

输出特性

输出电压摆幅低（VOL）在吸收2mA电流时，相对于GND测量最大值为0.4V；输出电压摆幅高（VOH）在提供1mA电流时，相对于VCC测量最大值为0.4V。输出泄漏电流在开漏输出、VCC / REF = 1.8V，VO = 5.5V，TA = -40°C到 +125°C的条件下最大值为100nA。

传播延迟和上升/下降时间

传播延迟与过驱动电压和输出类型有关。例如，在100mV过驱动、推挽输出从低到高的情况下，传播延迟为25µs；在100mV过驱动、开漏输出从低到高，RPu = 100kΩ的情况下，传播延迟同样为25µs。上升时间（tR）在推挽输出时为800ns，下降时间（tF）为200ns。

内部参考电压

不同型号的内部参考电压在不同温度下有不同的取值范围。例如，MAX4000__02 +在TA = +25°C时，内部参考电压典型值为200mV，在TA = -40°C到 +125°C时，范围为174mV至226mV。

四、典型工作特性

通过一系列的图表，我们可以直观地了解该系列比较器在不同条件下的工作特性。例如，电源电流与输出转换频率、电源电压的关系；输出电压低与灌电流的关系；输出电压高与拉电流的关系；传播延迟与输入过驱动、电源电压、温度的关系等。这些特性曲线可以帮助我们在实际设计中更好地选择合适的工作条件。

五、引脚配置与功能

引脚描述

该系列比较器的引脚配置在WLP和SOT23封装中有不同的定义。其中，OUT引脚是比较器的输出，有开漏输出和推挽输出两种类型；IN引脚是比较器的输入，分为同相输入和反相输入；VCC / REF引脚是电源电压/外部参考电压输入，需要使用0.1µF的电容旁路到GND；GND引脚为接地引脚；在SOT23封装中还有一个N.C.引脚，该引脚不连接，内部无连接关系。

六、详细设计要点

输入级电路

MAX40002/MAX40004和MAX40012/MAX40014具有同相输入，当输入电压大于参考电压时，输出为高电平；MAX40003/MAX40005和MAX40013/MAX40015具有反相输入，当输入电压大于参考电压时，输出为低电平。该系列比较器采用了创新的输入级架构，允许输入电压超过VCC几伏（仅受绝对最大额定值限制），并且在电源关闭时仍能保持高输入阻抗，这对于实现灵活的节能方案非常有利。同时，片上滤波功能可以提供对输入走线拾取的射频噪声的免疫力。

输出级结构

开漏输出结构的器件可以方便地与不同电源电压的逻辑电路接口，但需要外接上拉电阻；推挽输出结构的器件则可以直接提供和吸收电流，无需外接上拉电阻。

应用注意事项

• 旁路电容：在VCC/REF和GND之间应尽可能靠近器件放置一个0.1µF的电容，以减少开关事件时电源轨上的电流尖峰。
• 滞回操作：该系列比较器具有典型值为8mV的内部滞回，可提供抗噪声和无毛刺操作。对于具有同相输入的器件，可以通过外部正反馈网络增加额外的滞回；但对于具有反相输入且使用外部参考的器件，不建议增加额外的外部滞回，因为可能会出现交叉电流相关的噪声问题；对于具有内部参考的反相输入器件，由于比较器的同相输入不可外部访问，无法增加额外的外部滞回。
• 自适应信号电平检测器：MAX40002/MAX40012和MAX40003/MAX40013可以用作自适应信号电平检测器。将DAC输出电压馈送到REF，将输入连接到可变信号电平，通过改变DAC输出电压，可以实现相应的信号电平阈值检测电路。

七、选型指导与订购信息

选型指导

在选择合适的器件时，需要考虑内部参考电压、输入类型、输出类型和顶部标记等因素。例如，MAX40002ANS02 + T具有0.2V的内部参考电压、同相输入和开漏输出；MAX40004ANS05 + T具有0.5V的内部参考电压、同相输入和推挽输出。

订购信息

订购时需要明确器件型号、温度范围和引脚封装等信息。部分型号带有“*”标记，表示为未来产品，需要联系厂家确认可用性。

总结

MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015系列nanoPower比较器以其超小的尺寸、超低的功耗、宽电源电压范围、多样的输出类型和内部参考电压选项等优势，为便携式电子设备和对空间、功耗敏感的应用提供了理想的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，结合器件的电气特性、引脚配置和设计要点，合理选择和使用这些比较器，以确保设计的可靠性和性能。各位电子工程师们，在你们的设计中是否也遇到过对比较器尺寸和功耗有严格要求的情况呢？你们又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你们的经验。