MAX9117 - MAX9120：超小型纳功耗比较器的卓越性能与应用探索

在当今对低功耗、小型化需求不断增长的电子设计领域，比较器的性能和特性显得尤为关键。MAXIM 推出的 MAX9117 - MAX9120 系列纳功耗比较器，以其出色的性能和独特的设计，成为了众多应用场景中的理想选择。下面，我们就来深入了解一下这款比较器的特点、优势及应用。

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器件概述

MAX9117 - MAX9120 系列采用了节省空间的 SC70 封装，具备 Beyond - the - Rails™ 输入特性，能够保证在低至 +1.6V 的电压下稳定工作。这个系列包含两个子系列：MAX9117/MAX9118 集成了 1.252V ±1.75% 的内部基准，每个比较器的电源电流仅为 600nA；而 MAX9119/MAX9120 不包含内部基准，电源电流更是低至 350nA。这种超低的功耗特性使得该系列比较器非常适合用于两电池监测和管理应用。

输出级的独特设计是该系列比较器的一大亮点。在切换时，它能够有效限制电源电流的浪涌，几乎消除了许多其他比较器常见的电源干扰问题，从而显著降低了动态条件下的整体功耗。MAX9117/MAX9119 采用推挽输出级，可吸收和提供电流，大尺寸的内部输出驱动器允许在高达 5mA 的负载下实现轨到轨输出摆幅；而 MAX9118/MAX9120 则采用开漏输出级，适用于混合电压系统设计。所有器件均采用超小型 5 引脚 SC70 封装。

核心特性

低功耗优势显著

该系列比较器在纳功耗方面表现出色。MAX9119/MAX9120 每个比较器仅消耗 350nA 的电源电流，而带有基准的 MAX9117/MAX9118 也只需 600nA。在当今追求绿色节能的电子设备设计中，这样的低功耗特性能够大大延长电池的使用寿命，减少电池更换的频率，这对于一些难以频繁更换电池的应用场景，如远程传感器、可穿戴设备等，尤为重要。那么，在实际应用中，我们如何进一步优化以充分发挥其低功耗优势呢？这就需要我们根据具体的电路设计，合理选择工作模式和负载来实现了。

宽电压工作范围

保证了在低至 +1.6V 的电压下仍能正常工作，这为一些低电压供电的系统提供了极大的便利。例如在一些由电池供电的便携式设备中，当电池电量逐渐降低时，比较器依然能够稳定工作，确保系统的正常运行。输入电压范围能够扩展至电源轨外 200mV，这使得它在处理一些超出电源轨的信号时，具有更高的灵活性和适应性。

多样输出配置可选

提供了推挽和开漏两种不同的输出类型。推挽输出（MAX9117/MAX9119）具有 ±5mA 的驱动能力，适用于需要直接驱动负载的应用；而开漏输出（MAX9118/MAX9120）则为混合电压系统设计提供了更多的可能性，方便实现逻辑电平的转换和线或输出逻辑功能。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，选择合适的输出类型，以达到最佳的性能表现。

稳定的信号处理能力

内部滞回特性确保了即使在输入信号缓慢变化的情况下，也能实现清晰、稳定的输出切换，避免了由于噪声或寄生反馈引起的振荡问题。对于过驱动输入，不会出现相位反转，这保证了信号处理的准确性和可靠性。在一些对信号质量要求较高的应用中，如音频处理、精密测量等领域，这一特性显得尤为重要。

电气特性分析

在不同的工作条件下，MAX9117 - MAX9120 系列比较器的各项电气参数表现稳定。例如，在电源电压范围方面，从 PSRR 测试推断，在 TA = +25°C 时，最低可低至 1.6V；在 TA = TMIN 到 TMAX 时，为 1.8V。在输入偏置电流方面，典型值为 ±0.15nA（输入电压在电源轨之间），这表明其输入阻抗较高，对输入信号的影响较小。

输出电压摆幅方面，在不同的电源电压和负载电流条件下，都能满足一定的要求。例如，MAX9117 在 VCC = 5V、ISOURCE = 5mA 时，输出电压摆幅高（VCC - VOH）在 TA = +25°C 时典型值为 190mV，最大值为 400mV；在 TA = TMIN 到 TMAX 时，最大值为 500mV。这些电气特性的详细数据为我们在实际设计中提供了重要的参考依据，我们可以根据具体的应用场景，合理选择工作条件和参数，以确保比较器的性能达到最佳。

典型应用场景

电池监测与管理

由于其超低的功耗和宽电压工作范围，MAX9117 - MAX9120 非常适合用于两电池的监测和管理。通过监测电池的电压，可以实时了解电池的状态，如电量剩余情况、是否需要充电等。在不同类型的电池应用中，如碱性电池、镍镉电池、锂离子电池和镍氢电池等，都能提供较长的工作时间。例如，在使用碱性（2 节）电池时，MAX9117/MAX9118 的工作时间可达 2.5x10⁶ 小时，MAX9119/MAX9120 则可达 5x10⁶ 小时。这对于一些需要长时间稳定运行的电池供电设备，如无线传感器网络节点、便携式医疗设备等，具有重要的意义。

超低功耗系统

在一些对功耗要求极高的系统中，如物联网设备、可穿戴设备等，该系列比较器的纳功耗特性能够显著降低系统的整体功耗，延长设备的续航时间。同时，其超小型的 SC70 封装也满足了这些设备对空间的严格要求，使得设备的设计更加紧凑和便携。

逻辑电平转换

在混合电压系统中，常常需要进行逻辑电平的转换。MAX9120 的开漏输出级可以方便地实现 5V 逻辑到 3V 逻辑，或者 3V 逻辑到 5V 逻辑的转换。通过合理连接电源和上拉电阻，能够在不产生过电压的情况下，实现不同逻辑电平之间的可靠转换，确保系统中不同模块之间的正常通信。

过零检测

在一些需要检测信号过零的应用中，如交流信号处理、电力系统监测等，MAX9119 可以作为过零检测器使用。将其反相输入接地，同相输入连接到信号源，当信号过零时，比较器的输出将改变状态，从而实现过零检测功能。这种过零检测功能在电力系统中可以用于同步控制、相位检测等方面，在音频处理中可以用于音频信号的解码和处理等方面。

设计要点与注意事项

电路板布局

在进行电路板布局时，由于该比较器对电源噪声较为敏感，因此当电源阻抗较高、电源线较长或预计电源线上有过多噪声时，建议在靠近器件的电源引脚处使用 100nF 的旁路电容。尽量减小信号走线的长度，以减少杂散电容的影响。采用接地平面和表面贴装元件能够提高电路的稳定性和抗干扰能力。如果需要对 REF 引脚进行去耦处理，应使用低漏电的电容。在实际的电路板设计中，我们可以根据具体的电路布局和信号流向，合理安排元件的位置和走线，以确保电路的性能达到最佳。

额外滞回的添加

对于需要增加额外滞回的情况，MAX9117/MAX9119 和 MAX9118/MAX9120 的实现方法略有不同。在添加额外滞回时，需要根据具体的型号选择合适的电阻计算方法和电路连接方式。在计算电阻值时，要考虑到输入偏置电流、电源电压、所需滞回带宽等因素，以确保计算结果的准确性。在实际调试过程中，可能需要根据实际的测试结果对电阻值进行微调，以达到最佳的滞回效果。

总结

MAX9117 - MAX9120 系列纳功耗比较器以其超低功耗、宽电压工作范围、多样的输出配置和稳定的信号处理能力等优势，在电池监测、超低功耗系统、逻辑电平转换和过零检测等众多应用场景中表现出色。在实际的电子设计中，电子工程师们可以根据具体的应用需求，充分发挥该系列比较器的特性，同时注意电路板布局和额外滞回的添加等设计要点，以实现高性能、可靠的电路设计。希望通过本文的介绍，能让大家对 MAX9117 - MAX9120 系列比较器有更深入的了解，在实际设计中能够更加灵活地运用。大家在使用过程中遇到过哪些有趣的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。