探秘MAX9015 - MAX9020：1.8V纳米功耗比较器的卓越性能与应用

在电子工程师的设计世界里，比较器是不可或缺的基础元件。今天，我们要深入探究Maxim Integrated推出的MAX9015 - MAX9020系列，这是一组采用SOT23封装的单通道和双通道纳米功耗比较器，具备Beyond - the - Rails™输入特性，最低可在1.8V电压下稳定运行。

文件下载：MAX9018.pdf

一、应用领域广泛

该系列比较器适用于众多领域，如2节电池监测与管理、超低功耗系统、移动通信、笔记本电脑和个人数字助理（PDA）、阈值检测器/鉴别器、窗口检测器、接地或电源线传感、遥测和远程系统、医疗仪器以及汽车应用等。如此广泛的应用范围，足以证明其性能的通用性和可靠性。

二、产品特性亮点

（一）超低功耗

这是该系列的一大显著优势。不同型号的比较器具有不同的超低电源电流：

• MAX9019/MAX9020在特定条件下仅为0.85μA。
• MAX9015/MAX9016为1μA。
• MAX9017/MAX9018为1.2μA。 如此低的功耗使得它们在电池供电的设备中表现出色，能够有效延长设备的续航时间。

（二）宽电压范围与高精度

• 保证在低至1.8V的电压下正常工作，拓展了其在不同电源环境下的应用可能性。
• 输入失调电压（VOS）最大不超过5mV，确保了比较器的高精度性能。

（三）内部参考电压

A - grade封装配备1.236V ±1%的内部参考电压，B - grade封装则有1.24V ±1.75%的参考电压，为设计提供了稳定的参考基准。

（四）独特输出设计

• 输出级设计独特，在切换时能限制电源电流浪涌，几乎消除了许多其他比较器常见的电源毛刺，同时在动态条件下还能最小化整体功耗。
• MAX9015/MAX9017/MAX9019具有推挽输出级，可吸收和源出电流，内部大输出驱动器允许在高达6mA的负载下实现轨到轨输出摆幅。
• MAX9016/MAX9018/MAX9020具有漏极开路输出级，适用于混合电压系统设计。

（五）其他特性

• 输入电压范围可超出电源轨200mV。
• 具备内部4mV迟滞，实现干净切换。
• 对于过驱动输入无相位反转。
• 双通道版本采用节省空间的8引脚SOT23封装。
• 部分产品通过AEC - Q100 Grade 3认证。

三、电气特性详解

（一）带参考的型号（MAX9015 - MAX9018）

在不同的电源电压和温度条件下，对其电源电流、输入共模电压范围、输入失调电压、输入偏置电流等参数都有详细的规定。例如，在TA = +25°C时，输入偏置电流典型值仅为0.15 - 1nA，这体现了其低功耗和高精度的特点。

（二）不带参考的型号（MAX9019/MAX9020）

同样在不同条件下对各项参数进行了明确界定。如电源电压范围为1.8 - 5.5V，在VCC = 1.8V，TA = +25°C时，电源电流典型值为0.85μA。

四、典型工作特性

通过一系列图表展示了该系列比较器在不同条件下的工作特性，包括电源电流与电源电压、温度、输出转换频率的关系，输出电压与灌电流、源电流和温度的关系等。这些特性曲线为工程师在实际设计中提供了重要的参考依据。例如，从电源电流与输出转换频率的关系曲线中，我们可以了解到在不同频率下比较器的功耗变化情况，从而合理选择工作频率。

五、引脚说明与配置

详细说明了各个引脚的功能和不同型号的引脚配置。例如，REF引脚提供1.24V参考输出，IN +和IN -分别为比较器的同相和反相输入等。清晰的引脚说明有助于工程师正确连接和使用比较器。

六、内部迟滞与应用

（一）内部迟滞

许多比较器在工作的线性区域会因噪声或寄生反馈而产生振荡，而该系列比较器内部具有4mV迟滞，可有效对抗寄生效应和噪声。迟滞产生两个跳变点，能使比较器输入快速越过可能产生振荡的区域。

（二）额外迟滞

• 推挽输出型号（MAX9015/MAX9017/MAX9019）：可通过三个电阻利用正反馈产生额外迟滞。文中给出了详细的电阻值计算步骤，如选择R3时要考虑输入偏置电流的影响，以最小化误差。
• 漏极开路输出型号（MAX9016/MAX9018/MAX9020）：同样可通过正反馈产生额外迟滞，但计算公式与推挽输出型号略有不同。

七、实际应用电路

（一）窗口检测器

MAX9018非常适合用于窗口检测器，可实现对单节Li +电池的过压和欠压检测。通过改变电阻值可以选择不同的阈值，OUTA提供欠压指示，OUTB提供过压指示，将两个漏极开路输出进行与运算可得到电源良好信号。文中给出了详细的设计步骤和电阻值计算方法。

（二）零交叉检测器

将MAX9015/MAX9016/MAX9019/MAX9020的反相输入接地，同相输入连接到100mVP - P信号源，当同相输入信号过零时，比较器输出状态改变，实现零交叉检测功能。

（三）逻辑电平转换器

漏极开路比较器可用于逻辑电平转换。例如，MAX9020由5V电源供电，其漏极开路输出的上拉电阻连接到3V电源，可将5V逻辑转换为3V逻辑电平，反之亦然。

八、设计注意事项

在电路板布局和旁路方面，该系列比较器的超低电源电流通常不需要电源旁路电容，但当电源输出阻抗高、引线长、噪声大或有快速瞬变时，应在VCC和VEE之间靠近VCC引脚处放置一个0.1μF的电容。同时，要尽量减小信号走线长度以减少杂散电容，使用接地层和表面贴装元件以获得最佳性能。此外，在REF引脚去耦时，应使用低泄漏陶瓷电容，并且高电流走线不应靠近或在MAX9018下方布线，以免电压参考过载导致输出电压下降。

总之，MAX9015 - MAX9020系列比较器以其超低功耗、高精度、独特的输出设计和丰富的应用特性，为电子工程师在各种设计场景中提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求，充分发挥其性能优势，实现高效、可靠的电路设计。大家在使用过程中有没有遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。