探索ADCMP394/ADCMP395/ADCMP396：高精度比较器的卓越性能与应用

在电子设计领域，比较器是一种基础且关键的器件，它能将模拟信号转换为数字信号，广泛应用于各种电路中。今天，我们要深入探讨的是Analog Devices公司的ADCMP394/ADCMP395/ADCMP396系列比较器，看看它们有哪些独特的特性和应用场景。

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产品概述

ADCMP394/ADCMP395/ADCMP396是单/双/四通道轨到轨输入、低功耗比较器，适用于通用应用。它们的供电电压范围为2.3V至5.5V，消耗的电流极小。其中，单通道的ADCMP394仅消耗33.9μA的电源电流，双通道的ADCMP395和四通道的ADCMP396分别消耗37.2μA和41.6μA的电源电流。这种低电压、低电流的特性使它们非常适合电池供电系统。

关键特性

高精度参考输出电压

该系列比较器具有1V ± 0.9%的高精度参考输出电压。这个参考电压输出可以直接连接到比较器输入，作为精确监测和检测正电压的跳变值，也可以在监测负电压时作为偏移量。

宽电源电压范围与低功耗

支持2.3V至5.5V的单电源电压操作，并且不同通道的比较器消耗的电流都很低，这对于需要低功耗设计的应用来说非常重要。例如在电池管理系统中，低功耗可以延长电池的使用寿命。

轨到轨共模输入电压范围

输入电压范围可以超出电源轨200mV，这大大扩展了比较器的应用范围，使其能够处理更广泛的输入信号。

低输入失调电压

在整个共模范围内，典型输入失调电压仅为1mV，这有助于提高比较器的精度。

欠压锁定功能

当VCC从0.9V到欠压锁定（UVLO）时，能保证比较器输出逻辑低电平，增强了系统的稳定性。

宽工作温度范围

可在−40°C至+125°C的温度范围内工作，适用于各种恶劣环境。

多种封装类型

提供8引脚窄体SOIC（ADCMP394）、10引脚MSOP（ADCMP395）和16引脚窄体SOIC（ADCMP396）三种封装类型，方便不同的设计需求。

电气特性

电源特性

• 电源电压范围：2.3V至5.5V，在这个范围内能保证比较器正常工作。
• 静态电流：不同型号的比较器在不同输出状态下的静态电流有所不同，例如ADCMP394在所有输出处于高阻态时，典型静态电流为33.9μA。

  参考输出特性

  参考输出电压在IREF = ±1mA，TA = -40°C至+85°C的条件下，为0.991V至1.008V。

  比较器输入特性

• 共模输入范围：-200mV至VCC + 200mV。
• 输入失调电压：典型值为0.5mV，最大值为2.5mV。
• 输入失调电流：典型值为1nA，最大值为5nA。

  比较器输出特性

• 输出低电压：在VCC = 2.3V，ISINK = 2.5mA的条件下，典型值为0.1V。
• 输出泄漏电流：在Vour = 0V至5.5V的范围内，最大值为150nA。

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INx+和INx−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RRI级允许输入信号范围扩展到电源电压范围。在ADCMP394/ADCMP395/ADCMP396中，输入可以在电源轨之外200mV继续工作。

开漏输出

该系列比较器采用开漏输出级，需要一个外部上拉电阻将输出拉到逻辑高电平。上拉电阻的选择要兼顾避免过多的功率损耗和快速切换逻辑电平的需求。开漏输出的上升时间可以通过公式(t{R}=2.2 R{P U L L U P} C_{L})计算。

上电行为

上电时，当VCC达到0.9V，比较器保证输出低逻辑电平；当VCC引脚电压超过UVLO时，比较器输入开始起作用。

交叉偏置点

这种架构的轨到轨输入在共模范围内的某个预定点会发生交叉，此时测量的失调电压会发生变化，通常在0.8V和VCC - 0.8V处。

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（VHYST）可以避免比较器因噪声或反馈输出信号而频繁切换状态。

典型应用

添加迟滞

通过两个电阻可以为比较器创建不同的开关阈值，根据输入信号的增减幅度来设置。计算公式如下：

• 上输入阈值电平：(V{I N{-} H I}=frac{V_{R E F}(R 1+R 2)}{R 2})
• 下输入阈值电平：(V{I N{-} L O}=frac{V{R E F}left(R 1+R 2+R{P U L L U P}right)-V{C C} R 1}{R 2+R{P U L L U P}})
• 迟滞：(V{H Y S}=frac{V{R E F} timesleft(R 1 × R{P U L L-U P}right)+V{C C} times(R 1 × R 2)}{R 2left(R 2+R_{P U L L-U P}right)})

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正电压分为高侧电压和低侧电压，分别连接到比较器的不同引脚。触发过压和欠压条件的计算如下：

• 低侧电压：(V{P L}=V{R E F}=V{O V}left(frac{R{Z}}{R{X}+R{Y}+R_{Z}}right))
• (R{Z})的计算：(R{Z}=frac{left(V{R E F}right)left(V{M}right)}{left(V{O V}right)left(I{M}right)})
• 高侧电压：(V{P H}=V{R E F}=V{U V}left(frac{R{Y}+R{Z}}{R{X}+R{Y}+R{Z}}right))
• (R{Y})的计算：(R{Y}=frac{left(V{R E F}right)left(V{M}right)}{left(V{U V}right)left(I{M}right)}-R_{Z})

负电压监测窗口比较器

监测负电压时，需要对相关公式进行一些修改。例如，计算高侧电压和低侧电压的公式如下：

• 高侧电压：(V{N H}=G N D=left[left(V{R E F}-V{O V}right)left(frac{R{X}+R{Y}}{R{X}+R{Y}+R{Z}}right)right]+V_{O V})
• (R{Z})的计算：(R{Z}=frac{V{R E F}left(V{M}-V{R E F}right)}{I{M}left(V{R E F}-V{O V}right)})
• 低侧电压：(V{N L}=G N D=left[left(V{R E F}-V{U V}right)left(frac{R{X}}{R{X}+R{Y}+R{Z}}right)right]+V{U V})

可编程排序控制电路

该电路用于控制电源排序，通过上拉电阻、负载电容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就是电路中可编程的最大延迟。计算公式为(t{MAX }=2.2 R{P U L L U P} C_{L O A D})。

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，负载电容开始放电，放电速率由RMIRROR决定。

阈值和超时可编程电压监控器

该电路可以防止设备在输入电压不稳定时工作。当VIN达到阈值电压时，开始对超时电容（CT）充电，如果VIN保持在阈值电压以上且CT中的电压达到VREF，OUT2切换；如果VIN在CT充电时低于阈值电压，CT快速放电，防止OUT2切换。

总结

ADCMP394/ADCMP395/ADCMP396系列比较器以其高精度、低功耗、宽输入范围等特性，为电子工程师提供了一个强大的设计工具。无论是在电池管理、电源检测还是其他通用应用中，它们都能发挥出色的性能。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择比较器的型号和参数，以实现最佳的设计效果。大家在使用这些比较器的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用场景呢？欢迎在评论区分享。