MAX987/MAX988/系列高速微功耗低电压比较器详解

作为一名电子工程师，在日常的电路设计工作中，比较器是我们经常会用到的基础元件之一。今天要给大家详细介绍的是 Maxim Integrated 推出的 MAX987、MAX988、MAX991、MAX992、MAX995 和 MAX996 系列高速、微功耗、低电压、轨到轨输入输出（Rail-to-Rail I/O）比较器，它们在各类电子系统中都有广泛的应用前景。

文件下载：MAX992.pdf

一、产品概述

这一系列比较器包括单通道、双通道和四通道的型号，具有低电压工作和轨到轨输入输出的特性。其工作电压范围从 +2.5V 到 +5.5V，既适用于 3V 系统，也适用于 5V 系统，还能使用 ±1.25V 到 ±2.75V 的双电源供电，每通道仅消耗 48μA 的电流，同时实现了 120ns 的传播延迟。输入偏置电流典型值为 1.0pA，输入失调电压典型值为 0.5mV，内部迟滞功能确保即使输入信号变化缓慢，输出也能干净利落地切换。

输出级设计特点

不同型号在输出级设计上有所不同。MAX987、MAX991、MAX995 采用推挽输出级，能够吸收和提供电流，内部大输出驱动器允许在负载高达 8mA 时实现轨到轨输出摆幅；而 MAX988、MAX992、MAX996 则采用开漏输出级，其输出电压可被拉至高于 VCC 至比 VEE 高 6V（最大值），这种开漏版本非常适合用作电平转换器和双极性到单端转换器。

封装形式

单通道的 MAX987 和 MAX988 采用小巧的 5 引脚 SC70 封装，双通道的 MAX991 和 MAX992 采用超小型 μMAX® 封装，这些节省空间的封装形式方便我们在设计紧凑的电路板时使用。

二、产品选型

型号	每封装比较器数量	输出级类型
MAX987	1	推挽
MAX988	1	开漏
MAX991	2	推挽
MAX992	2	开漏
MAX995	4	推挽
MAX996	4	开漏

在实际设计中，我们可以根据具体的应用需求，如需要的比较器通道数量、输出级类型等，来选择合适的型号。

三、产品优势与特点

高速与低功耗

• 120ns 的传播延迟，能够满足高速信号处理的需求。
• 每通道仅 48μA 的静态电源电流，大大降低了系统的功耗，尤其适用于电池供电的便携式设备。

宽电压范围与轨到轨特性

• +2.5V 到 +5.5V 的单电源工作范围，以及可使用双电源供电，增加了设计的灵活性。
• 共模输入电压范围可超出电源轨 250mV，使得在不同的输入信号环境下都能稳定工作。

输出级优势

• 推挽输出级可吸收和提供 8mA 电流（MAX987/MAX991/MAX995），能够直接驱动一定负载。
• 开漏输出电压可超出 VCC（MAX988/MAX992/MAX996），方便进行电平转换。
• 独特的输出级设计减少了输出切换电流，从而降低了整体功耗，在 1MHz 切换频率下，电源电流仅为 100μA。

可靠性

• 对于过驱动输入不会发生相位反转，保证了信号处理的准确性。

小封装

提供节省空间的封装形式，如 5 引脚 SC70（MAX987/MAX988）和 8 引脚 μMAX（MAX991/MAX992），适合小型化设计。

四、应用领域

• 便携式/电池供电系统：微功耗的特性使其能够延长电池的使用寿命，满足便携式设备对低功耗的严格要求。
• 移动通讯：在移动通讯设备中，这些比较器可以用于信号处理和电平转换等环节，确保信号的准确传输和处理。
• 过零检测器：可实现对信号过零点的准确检测，在交流信号处理等应用中非常有用。
• 窗口比较器：用于判断输入信号是否在特定的电压窗口范围内，实现信号的筛选和判断。
• 电平转换器：开漏输出的型号（MAX988/MAX992/MAX996）可方便地实现不同电平之间的转换，满足不同电路对电平的要求。
• 阈值检测器/鉴别器：能够准确检测输入信号是否达到设定的阈值，实现信号的鉴别和判断。
• 接地/电源感应：用于检测接地或电源的状态，确保系统的正常运行。
• 红外接收器：在红外接收电路中，可对红外信号进行处理和判断。
• 数字线路接收器：对数字线路中的信号进行接收和处理。

五、电气特性

文档中详细给出了该系列比较器在不同条件下的电气特性参数，包括电源电压、电源电流、电源抑制比、共模电压范围、输入失调电压、输入偏置电流等。这些参数对于我们在设计电路时评估比较器的性能和选择合适的工作条件非常重要。例如，在选择电源电压时，需要确保其在比较器允许的范围内，以保证比较器的正常工作；而输入失调电压和输入偏置电流等参数则会影响比较器的精度和稳定性。

六、典型工作特性

通过一系列的图表展示了比较器在不同工作条件下的典型特性，如每比较器的电源电流与温度的关系、输出高电压与输出源电流的关系、输出短路电流与温度的关系等。这些特性曲线可以帮助我们直观地了解比较器在不同情况下的性能表现，从而更好地进行电路设计和优化。例如，从电源电流与温度的关系曲线中，我们可以预测在不同温度环境下比较器的功耗变化，进而评估其对整个系统功耗的影响。

七、引脚说明

详细说明了各个型号比较器的引脚名称和功能，包括比较器输出、正电源电压、非反相输入、反相输入、负电源电压等引脚。了解引脚功能对于正确连接比较器和设计外围电路至关重要。在实际焊接和布线时，我们需要严格按照引脚说明进行操作，以避免因引脚连接错误而导致比较器无法正常工作。

八、详细电路分析

输入级电路

输入共模范围从 -0.25V 到 ((V_{CC}+0.25 ~V))，在这个范围内，比较器可以在任意差分输入电压下正常工作。输入偏置电流在输入电压处于电源轨之间时典型值为 1.0pA，并且内部的体二极管可以保护比较器输入免受过电压的影响。当输入电压超过电源轨时，体二极管会正向导通并开始传导电流，导致偏置电流随输入电压的增加而指数上升。

输出级电路

该系列比较器的输出级能够在高达 8mA 的负载下实现轨到轨操作。与许多其他比较器在切换时消耗比稳态运行时大得多的电流不同，这一系列比较器在输出转换期间的电源电流变化极小。从典型工作特性部分的“每比较器的电源电流与输出转换频率”图中可以看出，当输出切换频率接近 1MHz 时，电源电流的增加非常小。这种特性使得在高速、电池供电的应用中，无需使用电源滤波电容来减少比较器切换电流产生的干扰，从而显著延长了电池的使用寿命。

九、应用信息

额外迟滞

MAX987、MAX991、MAX995 具有 ±2.5mV 的内部迟滞，还可以通过三个电阻使用正反馈来产生额外的迟滞，但这种方法会减慢迟滞响应时间。文档中给出了计算电阻值的具体步骤，我们可以根据实际需求来计算合适的电阻值，以获得所需的额外迟滞。 MAX988、MAX992、MAX996 同样具有 ±2.5mV 的内部迟滞，其开漏输出需要外部上拉电阻。产生额外迟滞的公式与 MAX987、MAX991、MAX995 略有不同，文档中也给出了相应的计算步骤。

电路布局和去耦

为了充分发挥比较器的高速性能，在电路设计时需要采取一些预防措施：

• 使用具有完整、低电感接地平面的 PCB，以减少电磁干扰和信号噪声。
• 在靠近 (V_{CC}) 引脚的位置放置去耦电容（如 0.1µF 的陶瓷电容），以稳定电源电压，减少电源波动对比较器的影响。
• 在输入和输出端保持引脚长度短，避免比较器周围出现不必要的寄生反馈，影响比较器的性能。
• 直接将器件焊接到 PCB 上，而不是使用插座，以减少接触电阻和寄生电容，提高电路的稳定性。

典型应用电路

文档中给出了零交叉检测器和逻辑电平转换器的应用示例，通过实际的电路连接图展示了如何使用这些比较器实现特定的功能。这些示例电路为我们在实际设计中提供了参考，我们可以根据具体需求对电路进行适当的修改和优化。

十、封装信息和订购信息

提供了比较器的封装尺寸、引脚布局等详细信息，以及不同型号的订购代码和标记。在选择封装时，我们需要考虑电路板的空间限制和焊接工艺等因素；而订购信息则方便我们根据实际需求进行器件的采购。

总之，MAX987、MAX988、MAX991、MAX992、MAX995 和 MAX996 系列比较器以其高速、微功耗、低电压和轨到轨输入输出等优点，为电子工程师在各种应用场景下提供了一个优秀的选择。在实际设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，结合比较器的电气特性、典型工作特性和引脚说明等信息，合理选择型号和设计外围电路，同时注意电路布局和去耦等问题，以充分发挥比较器的性能优势，实现高质量的电路设计。大家在使用过程中遇到任何问题，欢迎在评论区留言讨论。