深入解析ADCMP391/ADCMP392/ADCMP393比較器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，比較器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的關(guān)鍵組件，廣泛應(yīng)用于各種電路中。今天我們要探討的是Analog Devices公司的ADCMP391/ADCMP392/ADCMP393系列單/雙/四通道軌到軌輸入、低功耗比較器，它們?cè)谕ㄓ脩?yīng)用中表現(xiàn)出色，尤其適用于電池供電系統(tǒng)。

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特性亮點(diǎn)

電源與電壓范圍

• 單電源供電：該系列比較器支持2.3V至5.5V的單電源電壓操作，這使得它們?cè)诓煌娫喘h(huán)境下都能穩(wěn)定工作，為設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的靈活性。
• 軌到軌共模輸入電壓范圍：輸入電壓范圍可擴(kuò)展至電源軌之外200mV，即從 -200mV到VCC + 200mV，有效解決了傳統(tǒng)單差分對(duì)輸入級(jí)比較器在低電壓供電時(shí)輸入電壓受限的問(wèn)題。

低功耗設(shè)計(jì)

不同型號(hào)的比較器在功耗方面表現(xiàn)優(yōu)秀。單通道的ADCMP391僅消耗18.6μA的電源電流，雙通道的ADCMP392消耗22.1μA，四通道的ADCMP393消耗26.8μA。這種低電壓、低電流的特性，使其成為電池供電系統(tǒng)的理想選擇。

已知上電狀態(tài)

該系列比較器能夠保證在Vcc = 0.9V至欠壓鎖定（UVLO）期間輸出邏輯低電平，確保了系統(tǒng)在上電過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性。

寬溫度范圍

其工作溫度范圍為 -40°C至 +125°C，適用于各種惡劣的工業(yè)和汽車環(huán)境。

多種封裝類型

ADCMP391和ADCMP392采用8引腳窄體SOIC封裝，ADCMP393則提供14引腳窄體SOIC和14引腳TSSOP兩種封裝，方便不同的PCB布局需求。

規(guī)格參數(shù)

電源相關(guān)參數(shù)

• 電源電壓：Vcc范圍為2.3V至5.5V。
• 靜態(tài)電流：不同型號(hào)在不同測(cè)試條件下的靜態(tài)電流有所差異，如ADCMP391典型值為18.6μA，ADCMP392為22.1μA，ADCMP393為26.8μA。
• 欠壓鎖定：Vcc上升時(shí)的UVLO閾值典型值為2.162V，遲滯范圍為5mV至50mV。

輸入輸出參數(shù)

• 共模輸入范圍： -200mV至Vcc + 200mV。
• 輸入失調(diào)電壓：典型值為1mV，在不同溫度和輸入條件下會(huì)有所變化。
• 輸出低電壓：在不同Vcc和灌電流條件下有不同表現(xiàn)，如Vcc = 2.3V，灌電流為2.5mA時(shí)，典型值為0.1V。
• 輸出泄漏電流：最大為150nA。

比較器特性參數(shù)

• 電源抑制比（PSRR）：典型值為1.1dB。
• 共模抑制比（CMRR）：典型值為0.15dB。
• 電壓增益：典型值為4.7dB。
• 上升時(shí)間和下降時(shí)間：分別為4.9μs和4.5μs。
• 傳播延遲：不同型號(hào)和輸入條件下有所不同。

工作原理

基本比較器功能

比較器的基本功能是將INx+上的模擬信號(hào)與INx - 上的電壓進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的電位高低，OUTx輸出高或低電平。

軌到軌輸入（RRI）

傳統(tǒng)的單差分對(duì)輸入級(jí)比較器會(huì)限制輸入電壓范圍，而該系列比較器采用RRI技術(shù)，使輸入信號(hào)范圍能夠擴(kuò)展到電源電壓范圍，甚至超出電源軌200mV。

開(kāi)漏輸出

ADCMP391/ADCMP392/ADCMP393采用開(kāi)漏輸出級(jí)，需要外接上拉電阻將輸出拉高到邏輯高電平。上拉電阻的選擇需要在避免過(guò)多功耗和快速切換邏輯電平之間進(jìn)行平衡，輸出上升時(shí)間取決于上拉電阻（RPULLUP）和負(fù)載電容（CL）。

上電行為

在上電過(guò)程中，當(dāng)Vcc達(dá)到0.9V時(shí)，比較器保證輸出低電平；當(dāng)Vcc超過(guò)UVLO閾值后，比較器輸入開(kāi)始起作用。

交叉偏置點(diǎn)

該系列比較器的軌到軌輸入采用雙前端設(shè)計(jì)，在共模范圍內(nèi)的特定點(diǎn)（通常為0.8V和VCC - 0.8V）會(huì)發(fā)生交叉，此時(shí)測(cè)量的失調(diào)電壓會(huì)發(fā)生變化。

比較器遲滯

在噪聲環(huán)境或差分輸入幅度較小、變化緩慢的情況下，為比較器添加遲滯（VHYS）可以有效避免比較器因噪聲或反饋信號(hào)而頻繁切換狀態(tài)。當(dāng)輸入電壓從閾值以下正向接近閾值時(shí)，比較器在輸入超過(guò) +VHYS/2時(shí)從低電平切換到高電平；新的切換閾值變?yōu)?-VHYS/2，比較器保持高電平狀態(tài)，直到輸入從閾值以下負(fù)向穿過(guò) -VHYS/2。

典型應(yīng)用

添加遲滯

通過(guò)使用兩個(gè)電阻，可以為比較器創(chuàng)建不同的切換閾值，根據(jù)輸入信號(hào)的增減幅度來(lái)改變閾值。當(dāng)輸入電壓增加時(shí)，閾值高于VREF；輸入電壓減小時(shí)，閾值低于VREF。

正電壓監(jiān)測(cè)窗口比較器

用于監(jiān)測(cè)正電源時(shí)，通過(guò)三個(gè)外部電阻將監(jiān)測(cè)電壓VM分壓為高端電壓VPH和低端電壓VPL，分別連接到比較器的INA+和INB - 引腳。根據(jù)不同的過(guò)壓和欠壓觸發(fā)點(diǎn)，可以計(jì)算出相應(yīng)的電阻值。

負(fù)電壓監(jiān)測(cè)窗口比較器

監(jiān)測(cè)負(fù)電壓時(shí)，需要在計(jì)算前從VM、VUV和VOV中減去參考電壓VREF。電阻分壓器將VREF和負(fù)電源電壓之間的電壓差分為高端電壓VNH和低端電壓VNL，分別連接到INC+和IND - 引腳。

可編程排序控制電路

該電路用于控制電源供電順序，通過(guò)上拉電阻（RPULLUP）、負(fù)載電容（CL）和電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)來(lái)設(shè)置延遲。當(dāng)SEQ信號(hào)從低電平變?yōu)楦咦钁B(tài)時(shí)，負(fù)載電容開(kāi)始充電，充電到上拉電壓的時(shí)間即為電路中可編程的最大延遲。通過(guò)改變比較器的閾值電壓V1至V4，可以調(diào)整每個(gè)輸出的延遲。

鏡像電壓序列器示例

在可編程排序控制電路的基礎(chǔ)上，添加一個(gè)電阻RMIRROR可以實(shí)現(xiàn)鏡像電壓序列。當(dāng)SEQ信號(hào)從高阻態(tài)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，負(fù)載電容開(kāi)始以RMIRROR設(shè)定的速率放電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)稱的斷電序列。

閾值和超時(shí)可編程電壓監(jiān)控器

該電路用于監(jiān)控輸入電壓，通過(guò)設(shè)置閾值電壓和超時(shí)時(shí)間，確保輸入電壓穩(wěn)定時(shí)才觸發(fā)RESET信號(hào)。當(dāng)輸入電壓達(dá)到閾值時(shí)，OUT1從低電平變?yōu)楦唠娖?，開(kāi)始對(duì)超時(shí)電容（CT）充電；如果輸入電壓在充電過(guò)程中低于閾值，超時(shí)電容迅速放電，防止OUT2切換。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

封裝選擇

根據(jù)PCB布局和空間要求，選擇合適的封裝類型。不同封裝的熱阻不同，如8引腳窄體SOIC封裝的熱阻為121°C/W，14引腳窄體SOIC封裝為80°C/W，14引腳TSSOP封裝為125°C/W。

上拉電阻選擇

開(kāi)漏輸出需要外接上拉電阻，上拉電阻的大小會(huì)影響輸出的上升時(shí)間和功耗。在選擇時(shí)，要綜合考慮系統(tǒng)的速度要求和功耗限制。

遲滯設(shè)置

在噪聲環(huán)境或輸入信號(hào)變化緩慢的情況下，合理設(shè)置遲滯可以提高比較器的抗干擾能力。通過(guò)調(diào)整電阻值來(lái)改變遲滯電壓，以滿足不同的應(yīng)用需求。

ESD防護(hù)

該系列比較器是靜電放電（ESD）敏感設(shè)備，盡管具有專利或?qū)Ｓ?a href="http://www.makelele.cn/tags/保護(hù)電路/" target="_blank">保護(hù)電路，但仍需采取適當(dāng)?shù)腅SD預(yù)防措施，避免性能下降或功能喪失。

ADCMP391/ADCMP392/ADCMP393系列比較器憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)秀的性能，為電子工程師在設(shè)計(jì)中提供了可靠的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇型號(hào)、封裝和參數(shù)，同時(shí)注意設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。