MAX9916：低功耗轨到轨运算放大器的卓越之选

MAX9914 - MAX9917：低功耗轨到轨运算放大器的卓越之选

在电子工程师的日常设计中，为电池供电应用挑选合适的运算放大器是一项关键任务。今天要给大家详细介绍的 MAX9914 - MAX9917 系列运算放大器，凭借其出色的性能，在低功耗、高精度等方面表现卓越，是电池供电应用的理想之选。

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一、器件概述

MAX9914 - MAX9917 系列包含单通道的 MAX9914/MAX9915 和双通道的 MAX9916/MAX9917 运算放大器。它们的显著特点是实现了增益带宽与供电电流的最大化比值，特别适合用于便携式仪器、便携式医疗设备和无线手持设备等电池供电的应用场景。这些 CMOS 运算放大器具有超低的 1pA 输入偏置电流、轨到轨的输入和输出、仅 20μA 的低供电电流，并且可以在 1.8V 至 5.5V 的单电源下工作。其中，MAX9915/MAX9917 还具备低功耗关断模式，能将供电电流降低至 1nA，并使放大器输出处于高阻抗状态。该系列器件的增益带宽积为 1MHz，且单位增益稳定。

二、主要特性

2.1 高增益带宽积与低功耗

该系列运算放大器具有 1MHz 的高增益带宽积（GBW），同时供电电流极低。以 MAX9914/MAX9915 为例，在 1.8V 供电时，典型供电电流仅为 20μA；在 5.5V 供电时，典型值也不过 25μA。这种高增益带宽与低功耗的完美结合，使得它们在电池供电设备中能够有效延长电池续航时间。

2.2 宽电源电压范围

可在 1.8V 至 5.5V 的单电源电压范围内工作，这为设计人员提供了更大的电源选择空间，能够适应不同的电源配置需求。

2.3 超低输入偏置电流

输入偏置电流低至 1pA（典型值），并且由于输入阻抗极高（约 1GΩ），输入偏置电流随输入电压的变化极小。这一特性在对输入信号精度要求较高的应用中尤为重要，能够有效减少因输入偏置电流引起的误差。

2.4 轨到轨输入输出

MAX9914 - MAX9917 采用了并联连接的 n 沟道和 p 沟道差分输入级，使得输入共模电压范围能够超出正负电源轨 100mV，同时具备出色的共模抑制能力。在负载为 100kΩ 时，输出能够驱动到离两个电源轨 5mV 以内；在 5kΩ 负载下，摆幅也能达到离电源轨 60mV 以内。这种轨到轨的输入输出特性，使得它们能够充分利用电源电压范围，提高信号处理的动态范围。

2.5 低输入失调电压和失调电流

输入失调电压典型值为 ±200μV，输入失调电流典型值为 ±1pA。这些低失调特性有助于提高放大器的精度，减少信号处理过程中的误差。

2.6 关断模式

MAX9915 和 MAX9917 具有低电平有效的关断输入。进入关断模式的典型时间为 2μs，退出关断模式的典型时间为 10μs。在关断模式下，放大器输出处于高阻抗状态，供电电流可降低至 1nA（典型值），进一步节省了功耗。

2.7 多种封装形式

提供了多种小型封装形式，如 5 引脚和 6 引脚的 SC70 封装、8 引脚的 SOT23 封装以及 10 引脚的 μMAX 封装。这些小型封装有助于减小电路板面积，适合便携式设备的设计需求。

三、电气特性

3.1 电源相关特性

在不同的电源电压和温度条件下，供电电流和关断供电电流都有明确的参数范围。例如，在 25°C 时，MAX9914/MAX9915 在 1.8V 供电时供电电流为 20μA，在 -40°C 至 +85°C 温度范围内，MAX9914/MAX9915 在 5.5V 供电时最大供电电流为 29μA。

3.2 输入输出特性

输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流等参数在不同温度下也有相应的变化范围。例如，在 -40°C 至 +85°C 温度范围内，输入失调电压最大为 ±3mV。输出电压摆幅在不同负载电阻下也有特定的数值，如在 100kΩ 负载下，输出电压摆幅在高电平时离电源轨 6mV 以内，低电平时离电源轨 5mV 以内。

3.3 交流特性

增益带宽积为 1MHz，相位裕度在 CL = 15pF 时为 45°，增益裕度为 10dB，压摆率为 0.5V/μs。这些交流特性决定了放大器在处理交流信号时的性能。

四、典型应用电路

文档中给出了一个典型的工作电路，以 MAX9916 为例，通过电阻 R1 - R4 可以实现不同的增益。对于 R1 = R4 且 R2 = R3 的情况，增益计算公式为 GAIN = 1 + R4/R2。这种电路结构可以方便地实现特定的增益需求，适用于各种信号放大应用。

五、应用信息

5.1 驱动容性负载

该系列放大器在负载电容不超过 30pF 时单位增益稳定。当放大器配置为最小 10V/V 的增益时，容性负载可以增加到 100pF。对于需要更大容性驱动能力的应用，可以在输出和容性负载之间使用隔离电阻。在单位增益应用且负载电阻 RL 相对较小（约 5kΩ）时，容性负载也可以增加到 100pF。

5.2 电源考虑

MAX9914 - MAX9917 针对 1.8V 至 5.5V 的单电源操作进行了优化。高达 85dB（典型值）的高电源抑制比允许直接使用电池供电，既简化了设计又延长了电池寿命。

5.3 上电建立时间

上电后，MAX9914 - MAX9917 通常需要 2μs 来完成建立。电源建立时间取决于电源电压、旁路电容的值、输入电源的输出阻抗以及组件之间的任何引线电阻或电感。运算放大器的建立时间主要取决于输出电压，并且受到压摆率的限制。

5.4 电源旁路和布局

为了最小化噪声，应尽可能靠近引脚将 VDD 通过 0.1μF 的电容旁路到地。良好的布局技术可以通过减少运算放大器输入和输出的杂散电容和电感来优化性能，将外部组件靠近 IC 放置可以有效减小杂散电容和电感。

六、总结

MAX9914 - MAX9917 系列运算放大器凭借其高增益带宽、低功耗、宽电源电压范围、超低输入偏置电流、轨到轨输入输出等特性，非常适合各种电池供电的应用场景。在设计过程中，工程师可以根据具体的应用需求，合理选择合适的型号和封装，并注意驱动容性负载、电源考虑、上电建立时间以及电源旁路和布局等方面的问题，以充分发挥这些器件的性能优势。大家在实际应用中有没有遇到过类似运算放大器的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。