深入解析ADCMP391/ADCMP392/ADCMP393比较器：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，比较器是将模拟信号转换为数字信号的关键组件，广泛应用于各种电路中。今天我们要探讨的是Analog Devices公司的ADCMP391/ADCMP392/ADCMP393系列单/双/四通道轨到轨输入、低功耗比较器，它们在通用应用中表现出色，尤其适用于电池供电系统。

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特性亮点

电源与电压范围

• 单电源供电：该系列比较器支持2.3V至5.5V的单电源电压操作，这使得它们在不同电源环境下都能稳定工作，为设计带来了极大的灵活性。
• 轨到轨共模输入电压范围：输入电压范围可扩展至电源轨之外200mV，即从 -200mV到VCC + 200mV，有效解决了传统单差分对输入级比较器在低电压供电时输入电压受限的问题。

低功耗设计

不同型号的比较器在功耗方面表现优秀。单通道的ADCMP391仅消耗18.6µA的电源电流，双通道的ADCMP392消耗22.1µA，四通道的ADCMP393消耗26.8µA。这种低电压、低电流的特性，使其成为电池供电系统的理想选择。

已知上电状态

该系列比较器能够保证在Vcc = 0.9V至欠压锁定（UVLO）期间输出逻辑低电平，确保了系统在上电过程中的稳定性和可靠性。

宽温度范围

其工作温度范围为 -40°C至 +125°C，适用于各种恶劣的工业和汽车环境。

多种封装类型

ADCMP391和ADCMP392采用8引脚窄体SOIC封装，ADCMP393则提供14引脚窄体SOIC和14引脚TSSOP两种封装，方便不同的PCB布局需求。

规格参数

电源相关参数

• 电源电压：Vcc范围为2.3V至5.5V。
• 静态电流：不同型号在不同测试条件下的静态电流有所差异，如ADCMP391典型值为18.6µA，ADCMP392为22.1µA，ADCMP393为26.8µA。
• 欠压锁定：Vcc上升时的UVLO阈值典型值为2.162V，迟滞范围为5mV至50mV。

输入输出参数

• 共模输入范围： -200mV至Vcc + 200mV。
• 输入失调电压：典型值为1mV，在不同温度和输入条件下会有所变化。
• 输出低电压：在不同Vcc和灌电流条件下有不同表现，如Vcc = 2.3V，灌电流为2.5mA时，典型值为0.1V。
• 输出泄漏电流：最大为150nA。

比较器特性参数

• 电源抑制比（PSRR）：典型值为1.1dB。
• 共模抑制比（CMRR）：典型值为0.15dB。
• 电压增益：典型值为4.7dB。
• 上升时间和下降时间：分别为4.9µs和4.5µs。
• 传播延迟：不同型号和输入条件下有所不同。

工作原理

基本比较器功能

比较器的基本功能是将INx+上的模拟信号与INx - 上的电压进行比较，根据两者的电位高低，OUTx输出高或低电平。

轨到轨输入（RRI）

传统的单差分对输入级比较器会限制输入电压范围，而该系列比较器采用RRI技术，使输入信号范围能够扩展到电源电压范围，甚至超出电源轨200mV。

开漏输出

ADCMP391/ADCMP392/ADCMP393采用开漏输出级，需要外接上拉电阻将输出拉高到逻辑高电平。上拉电阻的选择需要在避免过多功耗和快速切换逻辑电平之间进行平衡，输出上升时间取决于上拉电阻（RPULLUP）和负载电容（CL）。

上电行为

在上电过程中，当Vcc达到0.9V时，比较器保证输出低电平；当Vcc超过UVLO阈值后，比较器输入开始起作用。

交叉偏置点

该系列比较器的轨到轨输入采用双前端设计，在共模范围内的特定点（通常为0.8V和VCC - 0.8V）会发生交叉，此时测量的失调电压会发生变化。

比较器迟滞

在噪声环境或差分输入幅度较小、变化缓慢的情况下，为比较器添加迟滞（VHYS）可以有效避免比较器因噪声或反馈信号而频繁切换状态。当输入电压从阈值以下正向接近阈值时，比较器在输入超过 +VHYS/2时从低电平切换到高电平；新的切换阈值变为 -VHYS/2，比较器保持高电平状态，直到输入从阈值以下负向穿过 -VHYS/2。

典型应用

添加迟滞

通过使用两个电阻，可以为比较器创建不同的切换阈值，根据输入信号的增减幅度来改变阈值。当输入电压增加时，阈值高于VREF；输入电压减小时，阈值低于VREF。

正电压监测窗口比较器

用于监测正电源时，通过三个外部电阻将监测电压VM分压为高端电压VPH和低端电压VPL，分别连接到比较器的INA+和INB - 引脚。根据不同的过压和欠压触发点，可以计算出相应的电阻值。

负电压监测窗口比较器

监测负电压时，需要在计算前从VM、VUV和VOV中减去参考电压VREF。电阻分压器将VREF和负电源电压之间的电压差分为高端电压VNH和低端电压VNL，分别连接到INC+和IND - 引脚。

可编程排序控制电路

该电路用于控制电源供电顺序，通过上拉电阻（RPULLUP）、负载电容（CL）和电阻分压器网络来设置延迟。当SEQ信号从低电平变为高阻态时，负载电容开始充电，充电到上拉电压的时间即为电路中可编程的最大延迟。通过改变比较器的阈值电压V1至V4，可以调整每个输出的延迟。

镜像电压序列器示例

在可编程排序控制电路的基础上，添加一个电阻RMIRROR可以实现镜像电压序列。当SEQ信号从高阻态变为低电平时，负载电容开始以RMIRROR设定的速率放电，从而实现对称的断电序列。

阈值和超时可编程电压监控器

该电路用于监控输入电压，通过设置阈值电压和超时时间，确保输入电压稳定时才触发RESET信号。当输入电压达到阈值时，OUT1从低电平变为高电平，开始对超时电容（CT）充电；如果输入电压在充电过程中低于阈值，超时电容迅速放电，防止OUT2切换。

设计要点与注意事项

封装选择

根据PCB布局和空间要求，选择合适的封装类型。不同封装的热阻不同，如8引脚窄体SOIC封装的热阻为121°C/W，14引脚窄体SOIC封装为80°C/W，14引脚TSSOP封装为125°C/W。

上拉电阻选择

开漏输出需要外接上拉电阻，上拉电阻的大小会影响输出的上升时间和功耗。在选择时，要综合考虑系统的速度要求和功耗限制。

迟滞设置

在噪声环境或输入信号变化缓慢的情况下，合理设置迟滞可以提高比较器的抗干扰能力。通过调整电阻值来改变迟滞电压，以满足不同的应用需求。

ESD防护

该系列比较器是静电放电（ESD）敏感设备，尽管具有专利或专有保护电路，但仍需采取适当的ESD预防措施，避免性能下降或功能丧失。

ADCMP391/ADCMP392/ADCMP393系列比较器凭借其丰富的特性、广泛的应用场景和优秀的性能，为电子工程师在设计中提供了可靠的选择。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择型号、封装和参数，同时注意设计要点和注意事项，以确保系统的稳定性和可靠性。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。