超小尺寸nanoPower 4-Bump比较器：MAX40002 - MAX40005及MAX40012 - MAX40015的深度解析

在电子设计领域，对于小型化、低功耗且高性能的器件需求日益增长。今天，我们就来详细探讨Analog Devices推出的MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015系列nanoPower 4 - Bump比较器。这些器件以其超小尺寸和出色性能，在众多便携式电子应用中展现出巨大优势。

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一、器件概述

MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015是单比较器，非常适合对电路板空间和功耗要求极高的便携式电子应用，如手机、媒体播放器和笔记本电脑等。它们提供两种封装形式：微型4 - bump晶圆级封装（WLP），尺寸仅为0.73mm x 0.73mm，小到堪比两个0402电阻；以及5引脚SOT23封装。

该系列器件的供电电压范围为1.7V至5.5V，无论是采用VCC还是外部VREF供电均可。其供电电流仅为500nA，输入电压范围为0.1V至5.5V，且与供电电压无关。即使在断电（VCC或外部VREF = 0V）时，输入仍能保持高阻抗。此外，内部滤波功能使其具备高射频抗扰性。

二、产品特性与优势

2.1 封装优势

超小尺寸的0.73mm x 0.73mm 4 - Bump WLP和5引脚SOT23封装，极大地节省了电路板空间，对于追求小型化设计的项目来说是理想之选。

2.2 低功耗特性

超低的500nA工作电流，能有效延长电池续航时间，尤其适用于需要比较器持续监测的应用场景。

2.3 宽供电范围

1.7V至5.5V的供电范围，使其可以在1.8V、2.5V、3V和5V系统中稳定工作，增强了器件的通用性和适应性。

2.4 宽输入电压范围

输入电压范围为0.1V至5.5V，外部REF范围为1.7V至5.5V，为设计提供了更大的灵活性。

2.5 多种内部参考电压

提供0.2V、0.5V、0.9V和1.222V多种工厂微调的参考电压选项，节省了外部参考源的空间和成本。

2.6 高速响应

9µs的传播延迟，能快速响应输入信号的变化，满足对速度有较高要求的应用。

2.7 宽温度范围

在 - 40°C至 + 125°C的温度范围内均可正常工作，适用于各种不同的应用环境。

三、电气特性

3.1 电源相关特性

• 供电电压范围：1.7V至5.5V，能适应多种电源系统。在不同电源电压下，器件的性能保持稳定。
• 供电电流：在VIN > 0且VOUT = low，无输出或参考负载电流，TA = - 40°C至 + 125°C的条件下，供电电流最大为1.3µA，体现了其低功耗特性。

3.2 输入特性

• 输入电压范围：TA = + 25°C和TA = - 40°C至 + 125°C时，输入电压范围为0.1V至5.5V，保证了在较宽的电压范围内正常工作。
• 输入失调电压：在外部VREF供电时，在不同温度范围内，输入失调电压有相应的指标，如在TA = - 40°C至 + 85°C时，最大为27mV。
• 输入偏置电流：在不同温度和输入电压范围内，输入偏置电流有一定的变化，如在TA = - 40°C至 + 85°C时，最大为30nA。

3.3 输出特性

• 输出电压摆幅：输出电压摆幅低（VOL）在灌电流2mA时，相对于GND最大为0.4V；输出电压摆幅高（VOH）在拉电流1mA时，相对于VCC最大为0.4V。
• 输出泄漏电流：开漏输出在特定条件下，输出泄漏电流最大为100nA。
• 传播延迟：不同的过驱动电压和输出类型下，传播延迟有所不同，如100mV过驱动时，推挽输出从低到高为25µs。

3.4 内部参考电压

不同型号的器件在不同温度下有特定的内部参考电压范围，例如MAX4000 02 +在TA = + 25°C时，典型值为200mV，在TA = - 40°C至 + 125°C时，范围为174mV至226mV。

四、典型工作特性

通过一系列图表展示了器件在不同条件下的工作特性，如供电电流与输出转换频率、输出电压与灌电流、输入偏置电流与输入偏置电压、传播延迟与输入过驱动等关系。这些特性曲线有助于工程师在实际设计中更好地了解器件的性能，优化电路设计。例如，从供电电流与输出转换频率的曲线可以看出，随着输出转换频率的增加，供电电流也会相应变化，工程师可以根据实际需求选择合适的工作频率，以平衡功耗和性能。

五、引脚配置与描述

5.1 引脚配置

WLP封装和SOT23封装的引脚配置有所不同，但都包含关键的引脚，如OUT（比较器输出）、IN（比较器输入）、VCC/REF（供电电压/外部参考电压输入）和GND（地）。

5.2 引脚描述

• OUT：比较器输出，MAX40002/MAX40003和MAX40012/MAX40013为开漏输出，需要外接上拉电阻；MAX40004/MAX40005和MAX40014/MAX40015为推挽输出，无需外接上拉电阻。
• IN：比较器输入，MAX40002/MAX40004和MAX40012/MAX40014为同相输入，MAX40003/MAX40005和MAX40013/MAX40015为反相输入。
• VCC/REF：对于有内部电压参考的器件，是供电电压；对于无内部参考的器件，既是外部参考输入，也是供电电压。使用时需在该引脚与GND之间靠近器件处连接一个0.1µF的电容进行旁路。
• GND：接地引脚，为器件提供参考电位。

六、详细工作原理与应用

6.1 输入级电路

MAX40002/MAX40004和MAX40012/MAX40014的同相输入，当输入电压大于参考电压时，输出为高；MAX40003/MAX40005和MAX40013/MAX40015的反相输入，当输入电压大于参考电压时，输出为低。其创新的输入级架构允许输入电压超过VCC几伏（受绝对最大额定值限制），且在断电时仍能保持高输入阻抗，有利于实现灵活的节能方案。同时，片上滤波功能可有效抵抗输入走线拾取的射频噪声，内部温度补偿、低功耗的电压参考提高了电源抑制比（PSRR）。

6.2 输出级结构

MAX40002 - MAX40003和MAX40012/MAX40013的开漏输出结构，可与不同供电电压的逻辑电路接口，需要外接上拉电阻或电流源；MAX40004 - MAX40005和MAX40014/MAX40015的推挽输出级可同时吸收和提供电流，无需外接上拉电阻。

6.3 应用信息

• VCC/REF旁路：在VCC/REF与GND之间靠近器件处放置一个0.1µF的电容，可减少开关事件时从电源轨汲取的电流尖峰。
• 滞回操作：器件具有典型8mV的内部滞回，可提高抗噪能力和无毛刺操作。对于同相输入的器件，可通过外接正反馈网络增加额外的滞回；而对于反相输入的器件，使用外部参考时不建议增加额外滞回，使用内部参考时无法增加额外滞回。
• 自适应信号电平检测器：MAX40002/MAX40012和MAX40003/MAX40013可作为自适应信号电平检测器，将DAC输出电压输入到REF，输入连接到可变信号电平，通过改变DAC输出电压，可实现相应的信号电平阈值检测。

6.4 典型工作电路

文档中给出了不同型号器件与微控制器连接的典型工作电路，清晰展示了器件在实际应用中的连接方式，为工程师的设计提供了参考。

七、选型与订购信息

7.1 选型指南

通过一个表格详细列出了各型号器件的内部参考电压、输入类型、输出类型和顶层标记等信息，方便工程师根据实际需求选择合适的器件。例如，如果需要同相输入、开漏输出且内部参考电压为0.2V的器件，可选择MAX40002ANS02 + T。

7.2 订购信息

表格中列出了各型号器件的温度范围和引脚封装信息，同时标注了部分未来产品需联系厂家确认可用性。“ ”表示内部参考电压级别，无“ ”的器件使用外部参考电压作为供电电压。

八、总结

MAX40002 - MAX40005和MAX40012 - MAX40015系列比较器以其超小尺寸、低功耗、宽供电范围、多种内部参考电压等优势，为便携式电子应用提供了优秀的解决方案。在实际设计中，工程师可以根据具体的应用场景和需求，结合器件的电气特性、引脚配置和工作原理，选择合适的器件，并合理设计电路，以实现最佳的性能和可靠性。你是否在设计中使用过类似的比较器呢？在实际应用中遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享你的经验和见解。