LM393
摘要：LM393是一种双电压比较器集成电路，它在电子电路设计中被广泛应用。
概述
LM393 是一款 低功耗双电压比较器，由 TI（德州仪器）、ST等公司生产。它采用单电源或双电源供电，广泛用于电压检测、电平转换、开关控制等场景。与LM324（运放）不同，LM393是比较器，输出为开漏形式，需外接上拉电阻。
特性
全新 LM393B 和 LM2903B
改进了 B 版本的规格
最大额定值：高达 38V
ESD 等级 (HBM)：2kV
低输入失调电压：0.37mV
低输入偏置电流：3.5nA
低电源电流：每个比较器 200µA
更短的响应时间 (1µs)
LM393B 的工作温度范围
采用 2 x 2mm 微型 WSON 封装
B 版本可直接取代 LM293、LM393 和 LM2903 的 A 和 V 版本
共模输入电压范围包括接地
差分输入电压范围等于最大额定电源电压：±38V
低输出饱和电压
输出与 TTL、MOS 和 CMOS 兼容
应用
扫地机器人
单相 UPS
服务器 PSU
无绳电动工具
无线基础设施
电器
楼宇自动化
工厂自动化与控制
电机驱动器
信息娱乐系统与仪表组
封装
| 器件型号 | 封装 | 本体尺寸（标称值） |
|---|---|---|
| LM393B、LM2903B、LM193、LM293、LM293A、LM393、LM393A、LM2903、LM2903V、LM2903AV | SOIC (8) | 4.90mm x 3.91mm |
| LM393B、LM2903B、LM293、LM293A、LM393、LM393A、LM2903 | VSSOP (8) | 3.00mm x 3.00mm |
| LM293、LM393、LM393A、LM2903 | PDIP (8) | 9.81mm × 6.35mm |
| LM393、LM393A、LM2903 | SO (8) | 6.20mm x 5.30mm |
| LM393B、LM2903B、LM393、LM393A、LM2903、LM2903V、LM2903AV | TSSOP (8) | 3.00mm x 4.40mm |
| LM393B、LM2903B | SOT-23 (8) | 2.90mm x 1.60mm |
| LM393B、LM2903B | WSON (8) | 2.00mm × 2.00mm |
引脚图及功能说明
5.1、引脚配置图
图 5-1 D、DGK、JG、P、PS、DDF 或 PW 封装8 引脚 SOIC、VSSOP、PDIP、SO 或 TSSOP（顶视图）
图 5-2 DSG 封装8 引脚 WSON（带有外露焊盘）顶视图
5.2、引脚功能说明
| 引脚号 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | OUT1 | 比较器1输出（开漏） |
| 2 | IN1- | 比较器1反相输入 |
| 3 | IN1+ | 比较器1同相输入 |
| 4 | VCC- / GND | 负电源（双电源）或地 |
| 5 | IN2+ | 比较器2同相输入 |
| 6 | IN2- | 比较器2反相输入 |
| 7 | OUT2 | 比较器2输出（开漏） |
| 8 | VCC+ | 正电源（+2V~+36V） |
功能方框图
典型应用电路
图 7-1 单端和差分比较器配置
7.1 设计要求
本设计示例使用表 7-1 中所列的参数作为输入参数。
| 设计参数 | 示例值 |
|---|---|
| 输入电压范围 | 0V 至 Vsup-2V |
| 电源电压 | 4.5V 至 VCC 最大值 |
| 逻辑电源电压 | 0V 至 VCC 最大值 |
| 输出电流 (RPULLUP) | 1µA 至 4mA |
| 输入过驱电压 | 100mV |
| 基准电压 | 2.5V |
| 负载电容 (CL) | 15pF |
7.2 详细设计过程
在一般比较器应用中使用该器件时，请确定以下参数：
输入电压范围
最小过驱电压
输出和驱动电流
响应时间
7.2.1 输入电压范围
选择输入电压范围时，必须将输入共模电压范围 (VICR) 考虑在内。如果温度低于25°C，则 VICR 范围为 0V 至 VCC–2.0V。这样将输入电压范围限制为最高 VCC–2.0V，最低 0V。超出此范围的操作可能会导致比较出错。
以下是输入电压情况及其输出列表：
当 IN- 和 IN+ 都处于共模范围内时：
如果 IN- 高于 IN+ 和失调电压，则输出为低电平，而且输出晶体管会灌入电流
如果 IN- 低于 IN+ 和失调电压，则输出为高阻抗，输出晶体管不导通
当 IN- 高于共模且 IN+ 处于共模范围内时，输出为低电平，输出晶体管灌入电流
当 IN+ 高于共模且 IN- 处于共模范围内时，输出为高阻抗，输出晶体管不导通
7.2.2 最小过驱电压
过驱电压是在失调电压 (VIO) 上比较器正负输入之间产生的差分电压。若要进行准确的比较，过驱电压(VOD)必须高于输入失调电压(VIO)。过驱电压还可以决定比较器的响应时间，响应时间随着过驱的增加而缩短。图 7-2 和 图 7-3 显示了相对于过驱电压的正负响应时间。
7.2.3 输出和驱动电流
输出电流由负载/上拉电阻和逻辑/上拉电压决定。输出电流从比较器中产生输出低电压(VOL)。其中 VOL 与输出电流成正比。参阅 LMx93x 和 LM2903x 的典型特性 部分的输出低电平与灌电流间的关系 图，按照输出电流确定 VOL。
输出电流也会影响瞬态响应。
7.2.4 响应时间
响应时间是输入过驱的函数。请参阅应用曲线以了解典型的响应时间。上升和下降时间可以由负载电容(CL)、负载/上拉电阻(RPULLUP)和等效集电极-发射极电阻(RCE)确定。
上升时间 (τR) 约为 τR = RPULLUP × CL
下降时间 (τF) 约为 τF = RCE × CL
RCE 可通过以下方式确定，即在所需温度下 图 5-20 获得线性区域的斜率或者将 VOL 除以 Iout
7.3 应用曲线
以下曲线是在 VCC 和 VLogic 为 5V、RPULLUP = 5.1kΩ 和 50pF 观测仪器探头条件下生成。
替代型号
| 型号 | 特点对比 | 厂商 |
|---|---|---|
| LM2903 | 汽车级版本，更宽温度范围 | TI/ST |
| TLV1702 | 轨到轨输入，更低功耗 | TI |
| MAX902 | 高速响应（ns级） | Maxim |
| LM311 | 高电流输出（50mA），推挽输出 | TI |
LM393 vs LM324 关键区别
| 特性 | LM393（比较器） | LM324（运放） |
|---|---|---|
| 输出类型 | 开漏输出 | 推挽输出 |
| 功能 | 数字比较（高低电平） | 模拟放大 |
| 响应速度 | 更快（μs级） | 较慢（带宽1.2MHz） |
| 应用 | 开关控制、检测 | 信号调理、滤波 |
注意事项
上拉电阻：必须外接（典型值1kΩ~10kΩ）。
输入噪声：敏感场合建议增加滤波电容。
输出延迟：不适用于超高速比较（>1MHz）。