高速低功耗单电源比较器 MAX9140/MAX9141/MAX9142/MAX9144 全方位解析

在如今的电子设计领域，高速、低功耗的比较器是众多项目中不可或缺的关键元件。今天要给大家详细介绍的是 Analog Devices 公司的 MAX9140/MAX9141/MAX9142/MAX9144 系列比较器，它们以 40ns 的超快传播延迟、低功耗以及 3V/5V 单电源供电等特性，在众多产品中脱颖而出。

文件下载：MAX9142.pdf

基本概述

MAX9140/MAX9141 为单通道比较器，而 MAX9142/MAX9144 则分别是双通道和四通道的高速比较器。这些产品专为 3V 或 5V 电源供电的系统进行了优化。其中，MAX9141 还具备锁存使能和设备关断功能。它们集高速、低功耗和轨到轨输入等优点于一身，传播延迟仅 40ns，每个比较器的供电电流仅 150μA。

输入共模范围超出了电源轨，输出无需外部上拉电路就能拉到距离任一电源轨 0.3V 以内，这使得该系列产品能完美适配 CMOS 和 TTL 逻辑。此外，所有输入和输出引脚都能承受任一电源轨的连续短路故障，内部迟滞功能则确保了即使在输入信号缓慢变化时，输出也能实现清晰切换。与行业标准的 MAX941/MAX942/MAX944 比较器相比，这些器件在速度、功耗和成本方面都有显著提升。

在封装形式上，MAX9140 提供了超小的 5 引脚 SC70 和 SOT23 封装；MAX9141 和 MAX9142 有 8 引脚 SOT23 和 SO 封装可选；MAX9144 则有 14 引脚 SO 和 TSSOP 封装。

特性亮点

高速与低功耗并存

• 快速的 40ns 传播延迟（10mV 过驱动），能满足大多数高速应用场景。想象一下，在需要快速响应的系统中，它能以极快的速度完成信号比较，为系统的高效运行提供保障。您在实际设计中，遇到过对响应速度要求极高的场景吗？
• 低功耗特性显著，每个比较器的供电电流仅为 150μA（3V 供电时），这对于电池供电系统来说尤为重要，可以大大延长设备的续航时间。在您的设计中，是否也经常要考虑功耗问题呢？

宽电压范围与兼容性

• 专为 3V 和 5V 应用优化，轨到轨输入电压范围，能适应多种不同的输入信号，增加了设计的灵活性。您在选择比较器时，是否会优先考虑具有宽电压范围的产品呢？
• 输出电压能摆动到电源轨的 300mV 以内，且与 CMOS/TTL 逻辑兼容，方便与其他数字电路进行接口连接，无需额外的电平转换电路，简化了设计流程。

其他实用特性

• 低至 500μV 的失调电压，确保了比较的准确性。内部迟滞功能使开关更加干净，避免了因噪声引起的误触发。
• MAX9141 独有的输出锁存和关断功能，在某些需要保存比较结果或降低功耗的场景下非常实用。比如在一些间歇性工作的系统中，关断功能可以有效降低功耗。
• MAX9140AAXK/V+T 经过 AEC - Q100 认证，适用于汽车电子等对可靠性要求较高的领域。

参数详解

绝对最大额定值

参数	数值
电源电压（VCC 到 GND）	+6V
输入引脚电流	±20mA
连续功耗（TA = +70°C）	因封装而异，如 5 引脚 SC70 为 247mW（+70°C 以上降额 3.1mW/°C）
工作温度范围	E 级： - 40°C 至 +85°C；A 级： - 40°C 至 +125°C
结温	+150°C
存储温度范围	- 65°C 至 +150°C
引脚焊接温度（10s）	+300°C

在实际应用中，一定要确保器件的工作条件在这些绝对最大额定值范围内，否则可能会导致器件永久性损坏。您在使用过程中，有没有遇到过因为超出额定值而损坏器件的情况呢？

电气特性

• 工作电源电压：范围为 2.7V 至 5.5V，能适应不同的电源环境。
• 输入电压范围： - 0.2V 至（VCC + 0.2V），超出电源轨的输入范围增加了设计的容错性。
• 输入失调电压：在不同温度下有着不同的表现，例如在 TA = +25°C 时典型值为 0.5mV，在 - 40°C 至 +85°C 时 MAX9140AA 系列最大为 6.0mV。失调电压的大小会影响比较器的准确性，在对精度要求较高的应用中需要特别关注。
• 输入偏置电流：在 - 40°C 至 +85°C 范围内，典型值为 90nA，最大值为 320nA。输入偏置电流会影响输入信号的准确性，特别是在高阻抗输入的情况下。
• 输出特性：输出高电压（VOH）在不同条件下有不同的值，如在 ISOURCE = 4mA、TA 为 - 40°C 至 +85°C 时，VCC - 0.425V 至 VCC - 0.3V；输出低电压（VOL）在 ISINK = 4mA、TA 为 - 40°C 至 +85°C 时，为 0.3V 至 0.425V。这些参数决定了比较器输出信号的电平，需要根据具体的应用场景进行合理选择。

典型应用

该系列比较器适用于多种应用场景，如线路接收器、电池供电系统、阈值检测器/鉴别器、3V/5V 系统、过零检测器和采样电路等。

• 线路接收器：在一些通信系统中，需要对输入的信号进行快速准确的比较和处理，该系列比较器的高速特性和低功耗优势能很好地满足需求。就像在一个高速数据传输的线路中，它能快速判断信号的高低电平，确保数据的准确接收。
• 电池供电系统：由于其低功耗特性，能有效延长电池的使用时间，适用于各种便携式设备，如智能手表、无线传感器等。

电路设计注意事项

输入级和输出级电路

• 输入级包含内部保护电路，由 IN + 和 IN - 之间的两个背对背二极管以及两个 4.1kΩ 串联电阻组成，能防止大差分输入电压对精密输入级造成损坏。但当差分输入电压超过 2VF 时，输入偏置电流会增加。在实际设计中，要注意控制输入信号的幅度，避免超出保护电路的承受范围。
• 输出级为电流驱动型，在输出转换期间能提供较大的源或灌电流，实现快速的压摆率。不过，输出摆率与负载电容呈线性相关，重容性负载会减慢电压输出转换速度。在需要快速响应的应用中，要合理选择负载电容的大小。

电路布局和去耦

由于该系列比较器具有高增益带宽，在电路布局时需要采取一些预防措施，以充分发挥其高速性能：

• 使用具有良好、完整、低电感接地层的 PCB，确保接地的稳定性。
• 在 VCC 引脚附近放置一个 0.1μF 的陶瓷去耦电容，减少电源噪声的影响。
• 注意去耦电容的带宽，尽量缩短引脚长度，以提高去耦效果。
• 输入和输出引脚的引线长度要尽量短，避免比较器周围出现不必要的寄生反馈。
• 直接将器件焊接到 PCB 上，而不是使用插座，以减少引脚接触电阻和寄生电感。

订购与封装信息

订购信息

型号	引脚封装	顶部标记
MAX9140 AAUK+T	5 SOT23	+AFEJ
MAX9140AAXK+T	5 SC70	+ASW
MAX9140AAXK/V+T	5 SC70	+AUG
MAX9140EXK+T	5 SC70	+ACC
MAX9140EUK+T	5 SOT23	+ADQP
MAX9141 EKA+T	8 SOT23	+AAFD
MAX9141ESA+	8 SO	-
MAX9142 EKA+	8 SOT23	+AAFE
MAX9142EKA+T	8 SOT23	+AAFE
MAX9142ESA+	8 SO	-
MAX9142ESA+T	8 SO	-
MAX9144 EUD+	14 TSSOP	-
MAX9144ESD+	14 SO	-

封装信息

封装类型	封装代码	文件编号	焊盘图案编号
8 SOT23	K8 - 5	21 - 0078	90 - 0176
5 SOT23	U5 - 1	21 - 0057	90 - 0174
5 SC70	X5 + 1	21 - 0076	90 - 0188
14 TSSOP	U14 - 1	21 - 0066	90 - 0113
8 SO	S8 - 2	21 - 0041	90 - 0096
14 SO	S14 - 1	21 - 0041	90 - 0112

在选择器件时，要根据实际的应用需求和 PCB 布局来选择合适的封装形式。

总结

总的来说，MAX9140/MAX9141/MAX9142/MAX9144 系列比较器凭借其高速、低功耗、宽电压范围和良好的兼容性等优点，在众多电子设计领域中具有广泛的应用前景。在使用过程中，只要我们充分了解其特性和参数，注意电路设计和布局的细节，就能充分发挥这些器件的性能，为我们的设计带来便利。大家在实际应用中，对这些比较器还有什么疑问或者独特的使用经验呢？欢迎在评论区分享交流。