高速的比較器

1、高速比較器問：為什么我不能使用高增益或開環(huán)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器作為電壓比較器 ?答：如果可接受的響應(yīng)時(shí)間是幾十微秒，可以這樣做。實(shí)際上，如果你再要求運(yùn) 算放大器具有低偏置電流、高精度和低失調(diào)電壓，那么選擇運(yùn)算放大器可能比大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)電 壓比較器更合適。但是由于大多數(shù)運(yùn)算放大器為了反饋穩(wěn)定，都具有內(nèi)部相頻補(bǔ)償，所 以使其響應(yīng)時(shí)間達(dá)到納秒級是相當(dāng)困難的。然而，低價(jià)格通用比較器LM311的響應(yīng)時(shí)間為200 ns。另外，運(yùn)算放大器輸出與標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平不容易匹配。因?yàn)檫\(yùn)算放大器沒有外部箝位或電 平轉(zhuǎn)換電路，它作為比較器工作時(shí)輸出電壓在正、負(fù)電源電壓范圍內(nèi)有幾伏的擺動(dòng)，所以 與標(biāo)準(zhǔn)TTL或CMOS邏輯電平不兼

2、容。問：我的比較器產(chǎn)生振蕩難以控制，為什么出現(xiàn)這種情況?答：請檢查一下電源旁路。印制線路板上即使幾英寸長的電源線導(dǎo)電帶都會(huì)產(chǎn)生 不利的直流電阻和電感。這樣，當(dāng)輸出狀態(tài)改變時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)電流會(huì)引起電源電壓的波動(dòng)， 通過地線和電源線把這種波動(dòng)反饋到輸入端。所以在安裝低漏電電容(01 F陶瓷電容) 時(shí)應(yīng)盡可能靠近比較器的電源引腳，以便在高速切換期間使電容器作為低阻抗能量儲(chǔ)存器。 問：我已經(jīng)安裝了旁路電容器，但是仍然不能解決高速比較器的振蕩問題?，F(xiàn)在應(yīng) 該怎么辦?答：可能是比較器的接地問題。一定要使接地引線盡可能短并且要接到低阻抗接 地平面以減小通過引線電感的耦合作用。盡可能使用接地平面，避免使用插座。

3、產(chǎn)生振蕩的 其它原因可能是相對輸入端的信號源高阻抗和雜散電容所致。甚至是幾千歐的源阻抗和幾皮 法 的雜散電容都會(huì)產(chǎn)生難以控制的振蕩。所以應(yīng)該縮短引線，包括示波器探頭地線夾的引線。 為得到最佳測試結(jié)果，應(yīng)使用最短接地引線(小于25 cm)以使引線電感量最小。問：我緩慢地改變比較器的輸入電壓，當(dāng)它通過閾值電壓時(shí)，我的比較器輸出端似 乎出現(xiàn)“震顫”。為什么我從比較器的輸出端得不到一個(gè)干凈的轉(zhuǎn)變波形?答：比較器的高增益和寬頻帶通常是這個(gè)問題的根源。噪聲不但被放大而且也像 信號一樣通過轉(zhuǎn)變區(qū)，所以噪聲快速響應(yīng)放大器輸出，產(chǎn)生來回跳動(dòng)。另外，比較器在轉(zhuǎn)變 期間其靈敏度(即增益)比較高，由于反饋增加從而引起

4、振蕩。如果有可能，對信號進(jìn)行濾波 以減小伴隨的噪聲。為了克服噪聲還可以利用滯后特性，類似齒輪系中的間隙，在輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)之前對輸入 變化要求有一定的余量。例如，AD790，輸出由高到低轉(zhuǎn)變之后，其內(nèi)部的滯后特性要求輸 入電壓(正輸入)增加500 V才產(chǎn)生由低到高的轉(zhuǎn)變。問：如果我的比較器內(nèi)部不帶延遲電路，能否外加?答：可以。利用外部正反饋。這樣做使比較器輸出端的一小部分送回到正輸入端 。這種方法的簡單接線如圖31所示。從低轉(zhuǎn)變點(diǎn)(LTP)到高轉(zhuǎn)變點(diǎn)(UTP)的延遲后電壓取決 于反饋電阻 RF，源阻抗RS，輸出低電平VL和輸出高電平VH。其中低轉(zhuǎn)變點(diǎn)和高轉(zhuǎn)變點(diǎn)由下式?jīng)Q 定：VL×RSRS

5、+RF 和 VH×RSRS+RF圖31 比較器外接延遲電路 圖32示出由于比較器外接延遲電路可以“清理”比較器的輸出波形。圖32(a)示出 的是沒有延遲電路的雙極性輸出的比較器輸出波形。當(dāng)三角波輸入(波形A)通過轉(zhuǎn)變點(diǎn)(地) 時(shí)， 比較產(chǎn)生強(qiáng)烈振蕩(并且把振蕩的一部分耦合到地和信號源)。圖32(b)示出的是外接5 mV 延遲特性的同一比較器的響應(yīng)波形，可以看出轉(zhuǎn)變點(diǎn)比圖32(a)干凈得多。圖32 延遲電路有助于清理比較器輸出波形 外部延遲電路存在的問題是輸出電壓取決于電源電壓和負(fù)載。這說明延遲電壓可根據(jù)不 同的應(yīng)用而改變。雖然這會(huì)影響分辨率，但這不是主要問題，因?yàn)檠舆t范圍一般很小，而

6、且 允許有計(jì)算值2或3倍(或更多)的安全裕度(safety margin)。更換幾個(gè)比較器可有助于相信 這種安全裕度。還應(yīng)注意，不要使用線繞電阻用于反饋，因?yàn)樗a(chǎn)生的電感會(huì)帶來麻煩。問：傳播延遲和傳播延遲離差兩者之間的差別如何?這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)哪一個(gè)更重 要?答：傳播延遲是指從輸入信號跨越轉(zhuǎn)變點(diǎn)到比較器輸出狀態(tài)真正翻轉(zhuǎn)所需要的時(shí) 間。傳播延遲離差是傳播延遲的變化作為過激勵(lì)電平的函數(shù)。如果在自動(dòng)測試系統(tǒng)中的引腳 驅(qū)動(dòng)電路中使用比較器，那么傳播延遲離差將決定其最大邊緣分辨率(edge resolution)。 相反，可以把傳播延遲看作固定的時(shí)間偏移，所以可用其它方法進(jìn)行補(bǔ)償。問：我有一個(gè)+5 V電源

7、并且不想外加電源。我能否在單電源情況 下使用比較器?答：可以。但是為建立一個(gè)閾值電壓，使用一個(gè)在器件共模范圍內(nèi)旁路性能充分 穩(wěn)定的基準(zhǔn)源。該信號幅度也要相對這個(gè)基準(zhǔn)源。問：有時(shí)會(huì)遇到比較器出現(xiàn)意想不到的現(xiàn)象。產(chǎn)生這個(gè)問題的原因是什么?答：請檢查一下輸入信號的共模范圍。與運(yùn)算放大器不同，它的兩個(gè)輸入端的工 作 電壓通常具有相同的水平。而比較器的兩個(gè)輸入端具有很大的差分電壓擺動(dòng)。如果兩端輸入 電壓超過 器件規(guī)定的共模范圍(甚至在規(guī)定的信號范圍以內(nèi))，比較器可能錯(cuò)誤響應(yīng)。為了使比較器正 常工作，一定要保證兩端輸入信號不超過比較器規(guī)定的共模范圍。例如，AD790差分輸入信 號范圍為±VS，但

8、其共模范圍為-VS至(+VS-2)。問：當(dāng)比較器離線時(shí)，為了減小漂移，你能提供一個(gè)自動(dòng)調(diào)零電路嗎?答：試驗(yàn)電路如圖33和34所示。在校準(zhǔn)方式時(shí)，輸入斷開，比較器的正輸入 被切換到接地端。比較器接入一個(gè)帶有一對極性相反的低壓源的環(huán)路，這兩個(gè)低壓源根據(jù)該 比較器的輸出狀態(tài)交替地對一個(gè)緩沖電容器充電。如果比較器的負(fù)輸入端高于地電位，那 么比較器的輸出將為低，1 F緩沖電容器將被接到負(fù)電壓源(-365 mV)，從而使緩沖放大器 輸 出電壓將斜坡式下降直到低于比較器的正輸入端(接地)電位為止，即正延遲和偏移，此時(shí)比 較器翻轉(zhuǎn)。如果比較器的負(fù)輸入端低于地電位，那么比較器的輸出將為高，緩沖電容器將被 接到正電壓源(+365 mV)，緩沖放大器輸出將斜坡式上升。在最終狀態(tài)，(當(dāng)斜坡或變化超過 延遲電壓時(shí))每次比較器翻轉(zhuǎn)，電流的極性都改變，因此電容器電壓平均為緩沖器和比較 器的失調(diào)電壓。在校準(zhǔn)周期結(jié)束時(shí)，結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)輸入