MAX952：超低功耗单电源运算放大器、比较器与基准电压源的完美组合

MAX951 - MAX954：超低功耗单电源运算放大器、比较器与基准电压源的完美组合

在当今对功耗要求日益严苛且追求功能集成化的电子设计领域，MAX951 - MAX954系列芯片以其独特的性能优势，成为众多设计工程师的理想选择。下面就带大家深入了解这款芯片。

文件下载：MAX952.pdf

芯片概述

MAX951 - MAX954芯片将微功耗运算放大器、比较器和基准电压源集成于一个8引脚封装中，提供了高度集成的解决方案。其中，MAX951和MAX952内部比较器的反相输入端连接到一个1.2V ± 2%的带隙基准电压源，而MAX953和MAX954则没有内置该基准电压源。

在供电方面，MAX951/MAX952采用单2.7V至7V电源供电，典型电源电流为7μA；MAX953/MAX954的供电范围是2.4V至7V，典型电源电流仅5μA。这种超低功耗的特性，使其在电池供电的设备中表现出色，能够显著延长电池续航时间。

主要特性解析

1. 运算放大器特性

• 增益稳定性：MAX951/MAX953的运算放大器采用内部补偿，实现了单位增益稳定；而MAX952/MAX954的运算放大器则具备典型125kHz的带宽、66V/ms的压摆率，且在增益为10V/V或更高时具有良好的稳定性。
• 输入输出范围：运算放大器和比较器都具有从负电源轨到正电源轨1.6V以内的共模输入电压范围，输出级能够实现轨到轨摆动，这大大增加了其应用的灵活性。
• 输出级设计：独特的输出级设计使运算放大器在超低电源电流的情况下仍能保持线性，并且在负载条件下也能有出色的表现。同时，经过精心设计，运算放大器在整个工作温度范围内都表现出良好的直流特性，有效减少了输入参考误差。

2. 比较器特性

• 输出能力：比较器输出级能够连续提供高达40mA的电流，并且能够消除在逻辑状态转换时常见的电源干扰，降低寄生反馈，使用起来更加方便。
• 内部迟滞：内部包含±3mV的迟滞，即使在输入信号变化缓慢的情况下，也能确保输出干净利落地切换，避免出现振荡等不稳定现象。

3. 基准电压源特性

MAX951/MAX952的内部基准电压源相对于VSS输出为1.20V，在 -40°C至 +85°C的温度范围内精度为±2%。它由一个经过微调的带隙基准源、一个与绝对温度成正比（PTAT）的电流源和一个微功耗单位增益放大器组成，REF输出通常能够源出和吸收20μA的电流。不过需要注意的是，不要对基准输出进行旁路操作，并且该基准源在电容负载小于100pF时是稳定的。

芯片选型指南

PART	2% PRECISION REFERENCE INTERNAL	GAIN STABILITY OP AMP (V/V)	COMPARATOR	SUPPLY CURRENT (µA)
MAX951	Yes	1	Yes	7
MAX952	Yes	10	Yes	7
MAX953	No	1	Yes	5
MAX954	No	10	Yes	5

工程师们可以根据具体的设计需求，如是否需要内部基准电压源、运算放大器的增益稳定性要求以及对电源电流的限制等因素，从上述表格中选择合适的芯片型号。

应用注意事项

1. 比较器迟滞

比较器的迟滞可以通过增加上阈值和降低下阈值来提高其抗噪声能力。MAX951 - MAX954内部已经包含了±3mV宽的迟滞带，但在必要时，还可以通过使用外部电阻添加正反馈来进一步增加迟滞。不过需要注意的是，这样做会增加电源电流并降低响应速度。

2. 输入噪声考虑

由于低功耗要求通常需要高阻抗电路，因此辐射噪声的影响更为显著。在设计时，应尽可能缩短运算放大器或比较器输入与任何连接的电阻网络之间的走线，以减少噪声干扰。

3. 串扰问题

• 基准电压源串扰：比较器对基准电压源的内部串扰与封装有关。在VDD = 5V的典型情况下，塑料DIP封装的串扰为45mV，SO封装为32mV。对于使用基准电压源为运算放大器或外部电路供电的应用，可以使用简单的RC低通滤波器来消除这种串扰。
• 运算放大器串扰：比较器对运算放大器的内部串扰同样与封装有关，但不是输入参考的。在VDD = 5V时，塑料DIP封装的串扰为4mV，SO封装为280μV。

4. 运算放大器稳定性和电路板布局

MAX951 - MAX954的运算放大器在驱动重电容负载时，在最小增益配置下仍能保持稳定。在电路板布局方面，由于低功耗、高阻抗电路可能会增加电路板泄漏和杂散电容的影响，因此应尽量减少泄漏和杂散电容。在某些情况下，可能需要在反馈电阻上跨接一个2pF至10pF的电容来进行补偿，选择能确保稳定性的最小电容值即可。

5. 输入过驱动

当比较器有100mV的过驱动时，传播延迟通常为6μs。同时，当MAX951 - MAX954的运算放大器过驱动到负电源轨时，电源电流可能会增加。例如，将运算放大器作为比较器使用并施加 -100mV的输入过驱动时，在2.8V和7V的电源电压下，电源电流分别会增加约15μA和32μA。

6. 电源旁路

如果电源阻抗较低，则不需要电源旁路电容。对于单电源应用，通常建议使用一个0.1μF的电容将VDD旁路到地，但不要对基准输出进行旁路操作。

典型应用电路

1. 低频无线电接收器

可用于低频RF报警的前端。通过未屏蔽的电感器与电容器组成谐振电路提供频率选择性，运算放大器对接收信号进行放大，比较器提高抗噪声能力、设置信号强度阈值并将接收信号转换为脉冲序列。但要注意布局和布线要紧凑，以减少60Hz干扰和比较器的串扰，并使用金属屏蔽防止RFI干扰。

2. 红外接收器前端

将MAX952用作引脚光电二极管前置放大器和鉴别器。运算放大器配置为Delyiannis - Friend带通滤波器，可减少噪声干扰和消除低频干扰，适用于电视遥控器和高达20kbps的低频数据链路。同样，需要注意放大器的组件布局和布线，以减少杂散电容、60Hz干扰和比较器的RFI。

3. 烟雾探测器的传感器前置放大器和报警触发

MAX951 - MAX954运算放大器的高阻抗CMOS输入非常适合缓冲高阻抗传感器，如烟雾探测器的电离室。以MAX951为例，通过高输入阻抗运算放大器对电离室中间板的电压进行缓冲，比较器和电阻分压器设置报警阈值以指示火灾。在设计和制造电离室中间板到运算放大器同相输入端的连接时，要特别注意减少电荷泄漏和60Hz干扰。

总之，MAX951 - MAX954系列芯片凭借其超低功耗、高集成度和出色的性能，在电池供电系统、仪器仪表、报警器等众多领域都有着广泛的应用前景。工程师们在使用过程中，只要充分了解其特性和注意事项，就能设计出更加优秀的电路。大家在实际应用中有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的解决方案呢？欢迎在评论区分享交流。