深入解析Microchip MCP6566/6R/6U/7/9系列开漏输出比较器

在电子设计领域，比较器是一种常见且关键的器件，它能够对两个输入信号进行比较，并输出相应的数字信号。Microchip的MCP6566/6R/6U/7/9系列开漏输出比较器，凭借其低功耗、高性能等特点，在众多应用场景中表现出色。今天，我们就来深入了解一下这款比较器。

文件下载：MCP6566-6R-6U-7-9-1.8V-Low-Power-Open-Drain-Output-Comparator-DS20002143G.pdf

产品概述

MCP6566/6R/6U/7/9系列比较器有单通道、双通道和四通道配置可供选择，专为1.8V单电源低功耗应用而优化，具备轨到轨输入操作能力。内部输入迟滞可消除因内部输入噪声电压导致的输出切换，从而降低电流消耗。其开漏输出需要上拉电阻，支持高于和低于(V_{DD})的上拉电压，可用于电平转换。输出切换频率典型可达4MHz，同时在切换过程中能限制电源电流浪涌和动态功耗。

产品特性

电气特性

1. 传播延迟：在(1.8V_{DD})时，高到低的传播延迟典型值为56ns。
2. 低静态电流：典型值为100µA，有助于降低功耗。
3. 输入失调电压：典型值为±3mV，保证了输入信号的准确性。
4. 轨到轨输入：输入电压范围为(V{SS}-0.3V)到(V{DD}+0.3V)，可适应更广泛的输入信号。
5. 开漏输出：方便实现电平转换和线或逻辑。
6. 宽电源电压范围：1.8V到5.5V，能满足不同电源系统的需求。

温度特性

该系列比较器的工作温度范围为 -40°C 到 +125°C，存储温度范围为 -65°C 到 +150°C，适用于各种环境条件。不同封装的热阻也有所不同，例如5引脚SC70封装的热阻典型值为331°C/W，5引脚SOT - 23封装的热阻典型值为201°C/W。

引脚描述

模拟输入

比较器的同相和反相输入为高阻抗CMOS输入，偏置电流低，能有效减少对输入信号的影响。

数字输出

比较器输出为CMOS开漏数字输出，便于实现电平转换和线或逻辑，设计灵活。

电源引脚

正电源引脚(V{DD})比负电源引脚(V{SS})高1.8V到5.5V。正常工作时，其他引脚电压在(V{SS})和(V{DD})之间。通常采用单（正）电源配置，(V{SS})接地，(V{DD})连接电源，且(V_{DD})引脚附近需有0.01µF到0.1µF的本地旁路电容。

应用信息

比较器输入

1. 正常操作：该系列器件的输入级采用两个不同的输入级并联，提供三个工作区域，输入电压范围可达到(V{DD})以上0.3V和(V{SS})以下0.3V，且在共模范围内具有低失调电压。
2. 输入电压和电流限制：输入的ESD保护结构可防止输入晶体管受损，并最小化输入偏置电流。为防止放大器损坏或操作不当，需限制(V{IN}+)和(V{IN}-)引脚的电流和电压。
3. 相位反转：采用CMOS晶体管作为输入，设计上可防止输入引脚超过电源电压时发生相位反转。

开漏输出

开漏输出便于实现电平转换和线或逻辑，输出级在状态切换时可最小化开关电流。

外部设置迟滞

通过使用外部电阻可更灵活地选择迟滞或输入跳变点，减少输出抖动，适用于对状态切换频率有要求的系统。

非反相电路

使用两个电阻的单电源应用非反相电路，可根据公式计算跳变点： [V{T L H}=V{R E F}left(1+frac{R{I}}{R{F}}right)-V{O L}left(frac{R{I}}{R{F}}right)] [V{T H L}=V{R E F}left(1+frac{R{1}}{R{F}}right)-V{O H}left(frac{R{1}}{R{F}}right)]

反相电路

使用三个电阻的单电源反相电路，可先将(R{2})和(R{3})简化为戴维南等效电路，再根据公式计算跳变点： [R{23}=frac{R{2} R{3}}{R{2}+R{3}}] [V{23}=frac{R{3}}{R{2}+R{3}} × V{D D}] [V{T H L}=V{O H}left(frac{R{23}}{R{23}+R{F}}right)+V{23}left(frac{R{F}}{R{23}+R{F}}right)] [V{T L H}=V{O L}left(frac{R{23}}{R{23}+R{F}}right)+V{23}left(frac{R{F}}{R{23}+R{F}}right)]

旁路电容

为保证良好的边沿速率性能，单电源的(V_{DD})引脚附近需有0.01µF到0.1µF的本地旁路电容。

容性负载

合理的容性负载（如逻辑门）对传播延迟影响较小，但随着切换频率和容性负载的增加，电源电流会增大，输出摆率和传播延迟性能会降低。

PCB表面泄漏

在对输入偏置电流要求严格的应用中，需考虑PCB表面泄漏效应。可使用保护环围绕敏感引脚或走线，以降低表面泄漏。

PCB布局技术

设计PCB布局时，要确保模拟和数字信号走线充分分离，防止信号耦合。输出走线应远离输入引脚，以避免输出电压变化耦合到输入，导致器件输出振荡。

未使用的比较器

对于四通道封装（MCP6569）中未使用的放大器，应按特定电路配置，防止输出切换和串扰，同时减少电流消耗。

典型应用

1. 精密比较器：对于需要更高直流精度的应用，可使用放大器（如MCP6291）对输入信号进行增益放大后再输入比较器。
2. 窗口比较器：通过AND门实现，当输入电压在(V{RB})和(V{RT})之间时输出逻辑‘1’。
3. 双稳态多谐振荡器：简单的双稳态多谐振荡器设计，(V{REF})需在电源电压之间以实现振荡，输出占空比随(V{REF})变化。

设计辅助工具

Microchip Advanced Part Selector (MAPS)

这是一款免费的软件工具，可帮助半导体专业人员高效识别符合特定设计要求的Microchip器件，还能进行参数搜索和导出技术比较报告。

模拟演示和评估板

Microchip提供多种模拟演示和评估板，如8引脚SOIC/MSOP/TSSOP/DIP评估板、14引脚SOIC/TSSOP/DIP评估板和5/6引脚SOT23评估板，有助于加快产品上市时间。

应用笔记

Microchip网站上提供了相关应用笔记，如“Oscillator Circuits For RTD Temperature Sensors”，可作为补充参考资源。

SPICE宏模型

最新的SPICE宏模型可在Microchip网站获取，该模型涵盖了比较器的电气特性，但仅作为初始设计工具，实际设计还需进行 bench测试验证。

封装信息

该系列比较器提供多种封装类型，包括SC70、SOT - 23、SOIC、MSOP、TSSOP等，不同封装有不同的尺寸和引脚定义，设计时需根据实际需求选择合适的封装。

总之，Microchip的MCP6566/6R/6U/7/9系列开漏输出比较器以其丰富的特性和多样的应用场景，为电子工程师提供了一个可靠的选择。在实际设计中，我们需要根据具体需求，合理利用其特性，并注意相关的设计要点，以实现最佳的性能。大家在使用这款比较器的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用案例呢？欢迎在评论区分享交流。