HA17393芯片引腳圖及詳細(xì)介紹

HA17393是一款廣泛應(yīng)用的雙電壓比較器集成電路，以其高增益、低功耗和寬電源電壓范圍等特性，在各種電子設(shè)計(jì)中扮演著重要角色。本文將深入探討HA17393的引腳布局、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、主要特性參數(shù)、典型應(yīng)用電路以及設(shè)計(jì)考量，力求提供一份全面且詳細(xì)的指南，幫助工程師和電子愛(ài)好者更好地理解和應(yīng)用這款芯片。

HA17393芯片概述

HA17393，也稱(chēng)為L(zhǎng)M393或兼容型號(hào)，是一款雙通道（即包含兩個(gè)獨(dú)立的比較器）高精度電壓比較器。它旨在比較兩個(gè)輸入電壓的大小，并根據(jù)比較結(jié)果輸出數(shù)字信號(hào)。其獨(dú)特之處在于，HA17393的輸出級(jí)是集電極開(kāi)路（Open-Collector）結(jié)構(gòu)，這意味著它需要一個(gè)外部上拉電阻才能正常工作，并能與不同電壓的邏輯電路接口。這種特性使其在各種電源電壓和邏輯電平的混合系統(tǒng)中具有極大的靈活性。HA17393芯片通常采用8引腳的DIP（雙列直插式）或SOP（小外形封裝）封裝，便于PCB布局和焊接。

HA17393引腳圖與功能詳解

理解HA17393的引腳功能是正確使用芯片的基礎(chǔ)。以下是HA17393的典型引腳配置及其詳細(xì)功能描述：

DIP-8/SOP-8封裝引腳圖

     -------------
VCC | 1       8 | VCC
OUTA| 2       7 | OUTB
-INA| 3       6 | -INB
+INA| 4       5 | +INB
     -------------

引腳功能詳細(xì)說(shuō)明

• 引腳 1：VCC (正電源)這是芯片的正電源輸入引腳。HA17393的工作電源電壓范圍非常寬，通常可以從2V到36V的單電源供電，或者在±1V到±18V的雙電源下工作。這個(gè)寬泛的電源電壓范圍使得HA17393能夠適應(yīng)各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，無(wú)論是低功耗電池供電系統(tǒng)還是高電壓工業(yè)控制系統(tǒng)。為確保芯片穩(wěn)定工作，建議在VCC引腳附近并聯(lián)一個(gè)0.1μF到1μF的去耦電容，以濾除電源噪聲，尤其是當(dāng)電源線較長(zhǎng)或電源紋波較大時(shí)。

• 引腳 2：OUTA (比較器A輸出)這是比較器A的輸出引腳。HA17393的輸出是集電極開(kāi)路結(jié)構(gòu)。這意味著當(dāng)比較器A的輸出為低電平（即+INA電壓高于-INA電壓）時(shí)，該引腳會(huì)呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(tài)，近似于接地；當(dāng)輸出為高阻態(tài)（即+INA電壓低于-INA電壓）時(shí)，該引腳會(huì)呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開(kāi)路。因此，為了使輸出能夠輸出高電平，必須在OUTA引腳和正電源之間連接一個(gè)外部上拉電阻。這個(gè)上拉電阻的選擇非常重要，它需要根據(jù)后續(xù)電路的輸入阻抗和所需的上升時(shí)間來(lái)決定。通常，上拉電阻的阻值在1kΩ到100kΩ之間，較大的電阻會(huì)降低功耗但會(huì)增加上升時(shí)間，而較小的電阻則反之。

• 引腳 3：-INA (比較器A反相輸入)這是比較器A的反相輸入引腳。當(dāng)施加到此引腳的電壓高于非反相輸入（+INA）的電壓時(shí)，比較器A的輸出（OUTA）將變?yōu)楦咦钁B(tài)。反之，如果-INA的電壓低于+INA的電壓，OUTA將變?yōu)榈碗娖?。這個(gè)引腳通常連接到參考電壓或需要被比較的信號(hào)的負(fù)極。

• 引腳 4：+INA (比較器A非反相輸入)這是比較器A的非反相輸入引腳。當(dāng)施加到此引腳的電壓高于反相輸入（-INA）的電壓時(shí)，比較器A的輸出（OUTA）將變?yōu)榈碗娖健７粗?，如?INA的電壓低于-INA的電壓，OUTA將變?yōu)楦咦钁B(tài)。這個(gè)引腳通常連接到需要被比較的信號(hào)的正極。

• 引腳 5：+INB (比較器B非反相輸入)這是比較器B的非反相輸入引腳。功能與+INA相同，只不過(guò)它對(duì)應(yīng)的是HA17393內(nèi)部的第二個(gè)比較器。

• 引腳 6：-INB (比較器B反相輸入)這是比較器B的反相輸入引腳。功能與-INA相同，對(duì)應(yīng)HA17393內(nèi)部的第二個(gè)比較器。

• 引腳 7：OUTB (比較器B輸出)這是比較器B的輸出引腳。功能與OUTA相同，同樣是集電極開(kāi)路輸出，需要外部上拉電阻才能正常工作。

• 引腳 8：GND (地)這是芯片的公共地引腳。所有信號(hào)和電源的參考點(diǎn)都連接到此引腳。確保此引腳與電路的公共地良好連接，以提供穩(wěn)定的參考電位。

HA17393內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理

HA17393的內(nèi)部包含兩個(gè)獨(dú)立的電壓比較器。每個(gè)比較器都由差分輸入級(jí)、增益級(jí)和輸出級(jí)組成。

差分輸入級(jí)比較器的核心是差分輸入級(jí)，通常由一對(duì)差分對(duì)晶體管構(gòu)成。當(dāng)加在兩個(gè)輸入引腳（例如+INA和-INA）上的電壓有差異時(shí)，差分對(duì)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微小的差分電流。這個(gè)電流的方向和大小取決于兩個(gè)輸入電壓的相對(duì)大小和差值。HA17393的輸入級(jí)設(shè)計(jì)使其能夠處理從地電平到VCC-1.5V（對(duì)于單電源）或VCC的正負(fù)電源（對(duì)于雙電源）的輸入電壓范圍，這被稱(chēng)為共模輸入電壓范圍。

增益級(jí)差分輸入級(jí)產(chǎn)生的微小差分電流被送入增益級(jí)進(jìn)行放大。增益級(jí)的作用是將微小的輸入電壓差放大到足以驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)的水平。HA17393具有非常高的開(kāi)環(huán)增益，這意味著即使輸入電壓之間存在非常小的差異，也能在輸出端產(chǎn)生顯著的電平變化，從而實(shí)現(xiàn)精確的電壓比較。高增益是比較器能夠快速響應(yīng)輸入電壓變化的關(guān)鍵。

輸出級(jí)HA17393最顯著的特點(diǎn)之一是其集電極開(kāi)路輸出級(jí)。這意味著輸出引腳內(nèi)部連接了一個(gè)NPN晶體管的集電極，其發(fā)射極連接到地。當(dāng)晶體管導(dǎo)通時(shí)（例如，當(dāng)+INA電壓高于-INA電壓時(shí)），輸出引腳被拉低至接近地電平（通常小于0.4V）。當(dāng)晶體管截止時(shí)（例如，當(dāng)+INA電壓低于-INA電壓時(shí)），輸出引腳處于高阻態(tài)，此時(shí)輸出電壓取決于外部上拉電阻和電源電壓。

這種集電極開(kāi)路輸出結(jié)構(gòu)提供了以下優(yōu)勢(shì)：

1. 電平轉(zhuǎn)換能力：通過(guò)選擇合適的上拉電阻和上拉電壓，可以將比較器的輸出與不同電壓的邏輯電路（如TTL、CMOS等）接口，而無(wú)需額外的電平轉(zhuǎn)換電路。例如，HA17393可以用5V電源供電，但通過(guò)一個(gè)連接到3.3V電源的上拉電阻，其輸出可以直接驅(qū)動(dòng)3.3V的微控制器輸入。

2. 線與能力：多個(gè)集電極開(kāi)路輸出可以直接連接在一起，形成“線與”邏輯。只要其中任何一個(gè)輸出晶體管導(dǎo)通（輸出低電平），總線就會(huì)被拉低。只有當(dāng)所有輸出晶體管都截止時(shí)，總線才能通過(guò)上拉電阻拉高。這在某些控制或監(jiān)測(cè)應(yīng)用中非常有用。

滯回效應(yīng)（Hysteresis）雖然HA17393本身不內(nèi)置滯回功能，但在許多實(shí)際應(yīng)用中，為了防止輸入噪聲或輸入信號(hào)在跳變點(diǎn)附近來(lái)回振蕩導(dǎo)致的輸出抖動(dòng)，通常會(huì)通過(guò)外部電阻網(wǎng)絡(luò)為比較器添加正反饋，從而引入滯回。滯回效應(yīng)意味著比較器從低到高跳變的閾值電壓與從高到低跳變的閾值電壓不同。例如，如果設(shè)計(jì)一個(gè)滯回電壓為100mV的比較器，當(dāng)輸入電壓從低于參考電壓上升到參考電壓以上100mV時(shí)，輸出才翻轉(zhuǎn)；而當(dāng)輸入電壓從高于參考電壓下降到參考電壓以下100mV時(shí)，輸出才翻轉(zhuǎn)。這有效地增加了比較器的抗干擾能力，使其輸出更加穩(wěn)定。

HA17393主要特性參數(shù)

了解HA17393的關(guān)鍵電氣特性參數(shù)對(duì)于正確選擇和設(shè)計(jì)電路至關(guān)重要。

• 電源電壓范圍 (Supply Voltage Range):

• 單電源: 2V 至 36V

• 雙電源: ±1V 至 ±18V

• 寬電源范圍是HA17393的一大優(yōu)勢(shì)，使其適用于電池供電系統(tǒng)（低電壓）和工業(yè)控制（高電壓）等多種應(yīng)用。

• 輸入失調(diào)電壓 (Input Offset Voltage, V_IO):

• 典型值: 2mV

• 最大值: 7mV (在某些型號(hào)或溫度范圍內(nèi)可能更高)

• 輸入失調(diào)電壓是比較器兩個(gè)輸入端之間，為了使輸出恰好改變狀態(tài)所需的電壓差。它表示了比較器固有的不匹配性。在精確的電壓比較應(yīng)用中，需要考慮或補(bǔ)償這個(gè)失調(diào)電壓。

• 輸入偏置電流 (Input Bias Current, I_IB):

• 典型值: 25nA

• 最大值: 250nA (在某些型號(hào)或溫度范圍內(nèi)可能更高)

• 輸入偏置電流是流入或流出比較器輸入端的直流電流。當(dāng)輸入端連接高阻抗信號(hào)源時(shí)，這些電流會(huì)在信號(hào)源電阻上產(chǎn)生壓降，從而引入誤差。因此，對(duì)于高阻抗應(yīng)用，應(yīng)選擇輸入偏置電流更低的比較器，或在輸入端使用緩沖器。

• 輸入失調(diào)電流 (Input Offset Current, I_IO):

• 典型值: 5nA

• 最大值: 50nA (在某些型號(hào)或溫度范圍內(nèi)可能更高)

• 輸入失調(diào)電流是兩個(gè)輸入偏置電流之間的差值。

• 輸入共模電壓范圍 (Input Common-Mode Voltage Range, V_ICR):

• 通常從地電平到 VCC - 1.5V (對(duì)于單電源)

• 這意味著輸入信號(hào)的電壓范圍必須在此范圍內(nèi)，否則比較器可能無(wú)法正常工作。當(dāng)輸入電壓接近或超出此范圍時(shí)，比較器的性能（如響應(yīng)時(shí)間、增益）可能會(huì)下降。

• 輸出飽和電壓 (Output Saturation Voltage, V_OL):

• 典型值: 0.1V (當(dāng)輸出晶體管導(dǎo)通，灌入電流為4mA時(shí))

• 最大值: 0.4V

• 這是當(dāng)輸出為低電平時(shí)，輸出引腳相對(duì)于地的電壓。理想情況下，此電壓應(yīng)為0V。實(shí)際中，它是一個(gè)小的正值，需要注意其對(duì)后續(xù)邏輯電路的低電平閾值的影響。

• 輸出漏電流 (Output Leakage Current, I_OH):

• 最大值: 0.1μA (當(dāng)輸出為高阻態(tài)時(shí))

• 這是當(dāng)輸出晶體管截止時(shí)，流出輸出引腳的微小電流。在一些需要極低功耗的應(yīng)用中，需要關(guān)注這個(gè)參數(shù)。

• 響應(yīng)時(shí)間 (Response Time):

• 典型值: 1.3μs (對(duì)于5mV過(guò)驅(qū)動(dòng))

• 響應(yīng)時(shí)間是輸入電壓跨越閾值后，輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間。這個(gè)參數(shù)決定了比較器能夠響應(yīng)多快變化的輸入信號(hào)。對(duì)于高速應(yīng)用，需要選擇響應(yīng)時(shí)間更快的比較器。

• 功耗 (Power Consumption):

• 低功耗是HA17393的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，使其非常適合電池供電的應(yīng)用。

HA17393典型應(yīng)用電路

HA17393的靈活性和高性價(jià)比使其成為各種電壓比較和信號(hào)處理電路的理想選擇。

1. 基本電壓比較器

這是HA17393最直接的應(yīng)用。將一個(gè)參考電壓（V_REF）連接到其中一個(gè)輸入端，將待比較的信號(hào)（V_IN）連接到另一個(gè)輸入端。

• 非反相比較器： V_REF 接到 -INA，V_IN 接到 +INA。當(dāng) V_IN > V_REF 時(shí)，OUTA 為低電平；當(dāng) V_IN < V_REF 時(shí)，OUTA 為高阻態(tài)（通過(guò)上拉電阻拉高）。

• 反相比較器： V_REF 接到 +INA，V_IN 接到 -INA。當(dāng) V_IN > V_REF 時(shí)，OUTA 為高阻態(tài)（通過(guò)上拉電阻拉高）；當(dāng) V_IN < V_REF 時(shí)，OUTA 為低電平。

       VCC
        |
        R_pullup
        |
OUTA ----+------> Logic Input (e.g., Microcontroller GPIO)
        |
        |
       HA17393
       +-------+
 -INA --| 3   2 |-- OUTA
 +INA --| 4   1 |-- VCC
        |       |
        |       |
 GND ----| 8   5 |-- +INB (unused or other compare)
        |       |
        |       |
        +-------+

2. 帶滯回的施密特觸發(fā)器

為了防止噪聲導(dǎo)致的輸出抖動(dòng)，可以為比較器引入正反饋，形成施密特觸發(fā)器。這通過(guò)在輸出端和非反相輸入端之間連接電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。

       VCC
        |
        R_pullup
        |
OUTA ----+-----> Logic Input
        |
        |      R2
       +-------+-------+
       |       |       |
 -INA --| 3     |       |
        |       |       |
 +INA --| 4     +-------+ R1
        |             |
        |             |---- V_IN (input signal)
        |             |
        |             GND
       +-------+

在這個(gè)電路中，V_IN 是輸入信號(hào)。R1和R2構(gòu)成一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)，并為+INA提供反饋。

• 當(dāng)OUTA為低電平（接近0V）時(shí)，+INA的有效閾值電壓較低。

• 當(dāng)OUTA通過(guò)上拉電阻拉高（接近VCC）時(shí)，+INA的有效閾值電壓較高。 通過(guò)計(jì)算R1和R2的值，可以精確地設(shè)置上升閾值（V_UTP）和下降閾值（V_LTP），從而實(shí)現(xiàn)滯回。

3. 窗口比較器

窗口比較器用于檢測(cè)輸入電壓是否在一個(gè)預(yù)設(shè)的“窗口”內(nèi)。HA17393的兩個(gè)比較器可以很方便地實(shí)現(xiàn)這一功能。一個(gè)比較器用于檢測(cè)輸入電壓是否超過(guò)上限，另一個(gè)用于檢測(cè)是否低于下限。

       VCC
        |
        R_pullup_A      R_pullup_B
        |               |
OUTA ---+--------------> Logic Input 1 (Low Threshold Exceeded)
        |               |
OUTB ---+--------------> Logic Input 2 (High Threshold Exceeded)
        |               |
       HA17393          |
       +-------+        |
 -INA --| 3   2 |-- OUTA  |
 +INA --| 4   1 |-- VCC   |
        |       |         |
 -INB --| 6   7 |-- OUTB  |
 +INB --| 5   8 |-- GND   |
        |       |         |
        +-------+         |
            |             |
V_UPPER_THRESHOLD ----(+INA)
V_LOWER_THRESHOLD ----(-INB)
            |             |
V_IN --------------------(+INB & -INA)

在這個(gè)電路中：

• 比較器A： 設(shè)置為檢測(cè) V_IN 是否低于下限閾值 V_LOWER_THRESHOLD。例如，將 V_LOWER_THRESHOLD 連接到 +INA，V_IN 連接到 -INA。當(dāng) V_IN < V_LOWER_THRESHOLD 時(shí)，OUTA 變高（通過(guò)上拉），表示低于下限。

• 比較器B： 設(shè)置為檢測(cè) V_IN 是否高于上限閾值 V_UPPER_THRESHOLD。例如，將 V_UPPER_THRESHOLD 連接到 -INB，V_IN 連接到 +INB。當(dāng) V_IN > V_UPPER_THRESHOLD 時(shí)，OUTB 變高（通過(guò)上拉），表示高于上限。 通過(guò)邏輯門(mén)（如與門(mén)或非門(mén)）組合兩個(gè)輸出，可以判斷 V_IN 是否在窗口內(nèi)部或外部。

4. 過(guò)壓/欠壓檢測(cè)器

類(lèi)似于窗口比較器，但通常只關(guān)注一個(gè)閾值。

• 過(guò)壓檢測(cè)： 設(shè)置一個(gè)參考電壓 V_TH 作為閾值。當(dāng)輸入電壓 V_IN 超過(guò) V_TH 時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)。

• 欠壓檢測(cè)： 設(shè)置一個(gè)參考電壓 V_TH 作為閾值。當(dāng)輸入電壓 V_IN 低于 V_TH 時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)。

設(shè)計(jì)考量與注意事項(xiàng)

在使用HA17393進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮以下幾點(diǎn)以確保其最佳性能和可靠性。

1. 電源去耦： 在HA17393的VCC引腳和GND引腳之間放置一個(gè)0.1μF到1μF的陶瓷去耦電容。該電容應(yīng)盡可能靠近芯片引腳放置，以有效濾除電源噪聲和瞬態(tài)電流，防止比較器輸出不穩(wěn)定或振蕩。在高頻應(yīng)用中，甚至可能需要并聯(lián)一個(gè)更大的電解電容。

2. 輸入電阻： 如果輸入信號(hào)源具有高阻抗，或者需要限制輸入電流，可以在HA17393的輸入引腳串聯(lián)一個(gè)電阻。然而，請(qǐng)注意，過(guò)大的輸入電阻會(huì)增加輸入偏置電流和輸入失調(diào)電流引起的電壓降，從而影響比較精度。同時(shí)，輸入電阻與輸入寄生電容會(huì)形成RC濾波器，可能會(huì)影響比較器的響應(yīng)速度。

3. 上拉電阻的選擇：

• 阻值范圍： 上拉電阻的阻值通常在1kΩ到100kΩ之間。

• 影響輸出電流： 較小的上拉電阻（例如1kΩ）可以提供更大的輸出灌電流，使輸出上升沿更快，也能更好地驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載。但代價(jià)是會(huì)增加功耗。

• 影響功耗： 較大的上拉電阻（例如100kΩ）會(huì)降低功耗，但會(huì)增加輸出上升時(shí)間，可能無(wú)法驅(qū)動(dòng)需要較大電流的負(fù)載。

• 與后續(xù)邏輯電平匹配： 上拉電阻的另一端應(yīng)連接到后續(xù)邏輯電路所需的電壓電平。例如，如果驅(qū)動(dòng)5V TTL邏輯，上拉到5V；如果驅(qū)動(dòng)3.3V CMOS邏輯，上拉到3.3V。

4. 輸入電壓范圍： 確保輸入信號(hào)電壓始終在HA17393的共模輸入電壓范圍內(nèi)。超出此范圍可能導(dǎo)致比較器輸出錯(cuò)誤或性能下降。對(duì)于單電源應(yīng)用，輸入電壓應(yīng)大于或等于GND，且小于VCC-1.5V。

5. 防止輸入電壓倒置： 盡管HA17393對(duì)輸入反向電壓具有一定的容忍度，但長(zhǎng)時(shí)間或大電流的反向偏置可能會(huì)損壞芯片。在可能出現(xiàn)輸入電壓倒置的應(yīng)用中，考慮在輸入端添加保護(hù)二極管。

6. 噪聲和寄生耦合： 比較器非常敏感，易受電源噪聲、地線噪聲以及鄰近信號(hào)線的電磁干擾影響。在PCB布局時(shí)，應(yīng)遵循良好的布線實(shí)踐：

• 星形接地： 盡量采用星形接地，將所有地線連接到一點(diǎn)，以避免地環(huán)路噪聲。

• 短而粗的走線： 確保電源線和地線短而粗，以降低阻抗。

• 信號(hào)隔離： 將敏感的輸入信號(hào)線與噪聲源（如開(kāi)關(guān)電源、數(shù)字時(shí)鐘線）保持距離，或使用屏蔽線。

• 避免交叉： 信號(hào)線盡量避免互相交叉，尤其是模擬和數(shù)字信號(hào)線。

7. 自激振蕩： 比較器的高增益使其容易發(fā)生自激振蕩，尤其是在輸入信號(hào)變化緩慢或輸入端有寄生電容時(shí)。解決自激振蕩的方法包括：

• 添加滯回： 這是最有效的方法，通過(guò)正反饋引入滯回。

• 輸入端串聯(lián)小電阻： 在輸入端串聯(lián)100Ω到1kΩ的小電阻，可以降低Q值，抑制高頻振蕩。

• 輸出端串聯(lián)小電阻： 在輸出端串聯(lián)小電阻（幾十歐姆），可以隔離容性負(fù)載，并與負(fù)載電容形成RC濾波器，抑制振蕩。

• 減小引線長(zhǎng)度： 縮短輸入/輸出引線長(zhǎng)度，減少寄生電感和電容。

8. 溫度影響： HA17393的特性參數(shù)，如輸入失調(diào)電壓和偏置電流，會(huì)隨溫度變化。在寬溫度范圍應(yīng)用中，應(yīng)考慮這些參數(shù)的變化對(duì)電路性能的影響。

9. 灌電流能力： HA17393的輸出是集電極開(kāi)路，主要提供灌電流能力（即拉低負(fù)載的能力）。它不能源出電流。如果需要源出電流，則需要額外的驅(qū)動(dòng)電路（例如PNP晶體管或P溝道MOSFET）。

10. 多余比較器的處理： HA17393包含兩個(gè)獨(dú)立的比較器。如果只需要一個(gè)，未使用的比較器應(yīng)妥善處理。通常，建議將未使用的比較器的輸入端連接到地或VCC，輸出端懸空，以防止其內(nèi)部晶體管因不確定狀態(tài)而產(chǎn)生噪聲或消耗額外電流。例如，將未使用的比較器的兩個(gè)輸入端都接到地，并讓輸出懸空。

總結(jié)

HA17393是一款經(jīng)濟(jì)高效且功能強(qiáng)大的雙電壓比較器，憑借其寬電源電壓范圍、低功耗和集電極開(kāi)路輸出特性，在模擬和數(shù)字電路設(shè)計(jì)中擁有廣泛的應(yīng)用前景。從簡(jiǎn)單的電壓電平檢測(cè)到復(fù)雜的窗口比較器和施密特觸發(fā)器，它都能提供可靠的性能。深入理解其引腳功能、內(nèi)部工作原理以及關(guān)鍵電氣參數(shù)，并結(jié)合良好的設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以幫助工程師充分發(fā)揮HA17393的潛力，構(gòu)建出穩(wěn)定、高效且可靠的電子系統(tǒng)。希望這份詳細(xì)的介紹能夠成為您在HA17393應(yīng)用過(guò)程中的寶貴參考。