揭秘MAX9201/MAX9202/MAX9203：低成本、7ns、低功耗电压比较器

一、引言

在电子设计的世界里，高速、低功耗的电压比较器是许多应用中不可或缺的元件。今天我们要深入探讨的是Maxim公司的MAX9201/MAX9202/MAX9203系列，这是一款具有7ns快速传播延迟、低功耗特性的电压比较器，在众多领域都有广泛的应用前景。

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二、产品概述

（一）主要特点

1. 高速性能：具备7ns的快速传播延迟（在5mV过驱动下典型值），这一特性使得它在快速A/D转换器、采样电路、线路接收器、V/F转换器等对速度要求极高的应用场景中表现出色。
2. 低功耗设计：每个比较器的功耗仅为9mW（在+5V电源供电时），有效降低了系统的整体功耗，延长了电池供电设备的续航时间。
3. 电源灵活性：支持独立的模拟和数字电源供电，也可以使用单一的组合电源电压。模拟电源范围为+5V至+10V或±5V，输入电压范围包含负电源轨，在单电源供电时也能实现接地检测。
4. TTL兼容性：输出为TTL逻辑电平，并且具有内部上拉电阻；MAX9202/MAX9203还具备TTL兼容的锁存输入，当锁存输入为低电平时，比较器的输出状态会被保持。
5. 封装小巧：提供多种节省空间的封装形式，如8引脚SOT23（MAX9203）、14引脚TSSOP（MAX9202）和16引脚TSSOP（MAX9201），适合对空间要求较高的设计。

（二）选型信息

PART	TEMP RANGE	PIN - PACKAGE
MAX9201 EUE	-40°C to +85°C	16 TSSOP
MAX9201ESE	-40°C to +85°C	16 Narrow SO
MAX9202 EUD	-40°C to +85°C	14 TSSOP
MAX9202ESD	-40°C to +85°C	14 Narrow SO
MAX9203 EKA - T	-40°C to +85°C	8 SOT23 - 8
MAX9203ESA	-40°C to +85°C	8 Narrow SO

三、电气特性

（一）电源电压范围

模拟电源电压范围（(V{CC}-V{EE})）参考(V{EE})或GND时为4.75V至10.5V；数字电源电压范围（(V{DD})）为5.25V。

（二）输入特性

• 输入失调电压（(V_{OS})）：在(V{CM}=0)，(T{A}= +25°C)时，典型值为1mV，最大为4mV；在(T_{A}=-40°C)至 +85°C时，最大为7.5mV。
• 输入偏置电流（(I_{B})）：在(T{A}= +25°C)时，范围为1.25µA至5µA；在(T{A}=-40°C)至 +85°C时，最大为7.0µA。
• 输入失调电流（(I_{OS})）：在(V{CM}=0)，(T{A}= +25°C)时，范围为50nA至250nA。

  （三）输出特性

• 输出高电压（(V_{OH})）：当((V{IN +}-V{IN -})>250mV)，(I_{SOURCE}=1mA)时，为3.0V至3.5V。
• 输出低电压（(V_{OL})）：当((V{IN +}-V{IN -})<-250mV)，(I_{SINK}=8mA)时，为0.25V至0.4V。

四、典型工作特性

（一）输入特性与温度关系

输入偏置电流和输入失调电压会随温度变化而变化，通过相关曲线可以看出它们在不同温度下的具体变化趋势，这对于在不同环境温度下使用该比较器的设计人员来说非常重要。

（二）输出特性与负载关系

输出高电压和输出低电压与负载电流有关，从相关曲线中我们可以了解到在不同负载电流下输出电压的变化情况，从而合理设计负载电路。

（三）响应时间特性

响应时间与输入过驱动、温度、负载电容等因素密切相关。例如，在5mV过驱动下，响应时间会随着温度和负载电容的变化而变化，设计时需要综合考虑这些因素。

五、引脚说明

（一）MAX9201引脚

PIN	NAME	FUNCTION
1, 8, 9, 16	IN_-	负输入（通道A、B、C、D）
2, 7, 10, 15	IN_+	正输入（通道A、B、C、D）
3	GND	接地
4, 5, 12, 13	OUT_	输出（通道A、B、C、D）
6	VEE	负模拟电源和衬底
11	VDD	正数字电源
14	VCC	正模拟电源

（二）MAX9202引脚

PIN	NAME	FUNCTION
1, 8	IN_-	负输入（通道A、B）
2, 9	IN_+	正输入（通道A、B）
3	GND	接地
4, 11	LATCH_	锁存输入（通道A、B）
5, 12	OUT_	输出（通道A、B）
6, 13	N.C.	无连接
7	VEE	负模拟电源和衬底
10	VDD	正数字电源
14	VCC	正模拟电源

（三）MAX9203引脚

PIN	NAME	FUNCTION
1	VCC	正模拟电源
2	IN+	正输入
3	IN-	负输入
4	VEE	负模拟电源和衬底
5	LATCH	锁存输入
6	GND	接地
7	OUT	输出
8	VDD	正数字电源

六、应用信息

（一）电路布局

由于MAX9201/MAX9202/MAX9203具有较大的增益带宽乘积，为了实现其高速性能，需要采取特殊的布局措施。例如，使用具有良好低电感接地平面的印刷电路板，将去耦电容尽可能靠近电源引脚安装，模拟VCC和数字VDD分别使用去耦电容，注意去耦和终端组件的带宽，缩短输入和输出的引脚长度，避免使用插座，直接将器件焊接到印刷电路板上。

（二）输入摆率要求

该系列比较器在输入信号穿越线性区域时可能会产生振荡问题，为了实现无振荡、无台阶的干净输出切换，输入信号必须满足最小摆率要求（典型值为0.5V/µs）。振荡问题在很大程度上与电路板布局、耦合源阻抗和杂散输入电容有关，不良的布局和大的源阻抗会导致器件振荡并增加最小摆率要求。在某些应用中，可以在输出和正输入之间施加一些正反馈，但会在输入端子处引入滞后现象。

（三）TTL输出和锁存输入

比较器的TTL输出级经过优化，可驱动扇出为4的低功耗肖特基TTL。当锁存输入连接到逻辑高电平时，比较器透明工作，立即响应输入端子的变化；当锁存输入连接到TTL低电平时，比较器输出会在锁存命令施加的瞬间锁存（保持相同状态），并且不再响应后续的输入变化。MAX9201没有提供锁存功能。

（四）典型电源选择

该系列比较器可以使用独立的模拟和数字电源供电，也可以使用单一的+5V电源。模拟电源在单电源工作时（VEE接地）范围为+5V至+10V，也可以使用±5V的分离电源；数字电源VDD始终需要+5V。在高速混合信号应用中，当使用公共接地时，嘈杂的数字环境可能会对模拟输入信号产生不利影响，而使用独立电源时，MAX9201/MAX9202/MAX9203可以通过提供独立的模拟接地（VEE）和数字接地（GND）来隔离模拟和数字信号。

七、总结

MAX9201/MAX9202/MAX9203系列电压比较器以其高速、低功耗、灵活的电源供电方式和多种封装形式等优点，在众多领域都有广泛的应用前景。但在设计过程中，我们需要充分考虑其电气特性、典型工作特性以及应用要求，尤其是电路布局和输入摆率等问题，以确保其性能的充分发挥。大家在实际应用中有没有遇到过类似比较器的一些特殊问题呢？欢迎在评论区分享交流。