高速的比较器

1、高速比较器问：为什么我不能使用高增益或开环结构的标准运算放大器作为电压比较器 ?答：如果可接受的响应时间是几十微秒，可以这样做。实际上，如果你再要求运 算放大器具有低偏置电流、高精度和低失调电压，那么选择运算放大器可能比大多数标准电 压比较器更合适。但是由于大多数运算放大器为了反馈稳定，都具有内部相频补偿，所 以使其响应时间达到纳秒级是相当困难的。然而，低价格通用比较器LM311的响应时间为200 ns。另外，运算放大器输出与标准逻辑电平不容易匹配。因为运算放大器没有外部箝位或电 平转换电路，它作为比较器工作时输出电压在正、负电源电压范围内有几伏的摆动，所以 与标准TTL或CMOS逻辑电平不兼

2、容。问：我的比较器产生振荡难以控制，为什么出现这种情况?答：请检查一下电源旁路。印制线路板上即使几英寸长的电源线导电带都会产生 不利的直流电阻和电感。这样，当输出状态改变时产生的瞬态电流会引起电源电压的波动， 通过地线和电源线把这种波动反馈到输入端。所以在安装低漏电电容(01 F陶瓷电容) 时应尽可能靠近比较器的电源引脚，以便在高速切换期间使电容器作为低阻抗能量储存器。 问：我已经安装了旁路电容器，但是仍然不能解决高速比较器的振荡问题。现在应 该怎么办?答：可能是比较器的接地问题。一定要使接地引线尽可能短并且要接到低阻抗接 地平面以减小通过引线电感的耦合作用。尽可能使用接地平面，避免使用插座。

3、产生振荡的 其它原因可能是相对输入端的信号源高阻抗和杂散电容所致。甚至是几千欧的源阻抗和几皮 法 的杂散电容都会产生难以控制的振荡。所以应该缩短引线，包括示波器探头地线夹的引线。 为得到最佳测试结果，应使用最短接地引线(小于25 cm)以使引线电感量最小。问：我缓慢地改变比较器的输入电压，当它通过阈值电压时，我的比较器输出端似 乎出现“震颤”。为什么我从比较器的输出端得不到一个干净的转变波形?答：比较器的高增益和宽频带通常是这个问题的根源。噪声不但被放大而且也像 信号一样通过转变区，所以噪声快速响应放大器输出，产生来回跳动。另外，比较器在转变 期间其灵敏度(即增益)比较高，由于反馈增加从而引起

4、振荡。如果有可能，对信号进行滤波 以减小伴随的噪声。为了克服噪声还可以利用滞后特性，类似齿轮系中的间隙，在输出状态翻转之前对输入 变化要求有一定的余量。例如，AD790，输出由高到低转变之后，其内部的滞后特性要求输 入电压(正输入)增加500 V才产生由低到高的转变。问：如果我的比较器内部不带延迟电路，能否外加?答：可以。利用外部正反馈。这样做使比较器输出端的一小部分送回到正输入端 。这种方法的简单接线如图31所示。从低转变点(LTP)到高转变点(UTP)的延迟后电压取决 于反馈电阻 RF，源阻抗RS，输出低电平VL和输出高电平VH。其中低转变点和高转变点由下式决 定：VL×RSRS

5、+RF 和 VH×RSRS+RF图31 比较器外接延迟电路 图32示出由于比较器外接延迟电路可以“清理”比较器的输出波形。图32(a)示出 的是没有延迟电路的双极性输出的比较器输出波形。当三角波输入(波形A)通过转变点(地) 时， 比较产生强烈振荡(并且把振荡的一部分耦合到地和信号源)。图32(b)示出的是外接5 mV 延迟特性的同一比较器的响应波形，可以看出转变点比图32(a)干净得多。图32 延迟电路有助于清理比较器输出波形 外部延迟电路存在的问题是输出电压取决于电源电压和负载。这说明延迟电压可根据不 同的应用而改变。虽然这会影响分辨率，但这不是主要问题，因为延迟范围一般很小，而

6、且 允许有计算值2或3倍(或更多)的安全裕度(safety margin)。更换几个比较器可有助于相信 这种安全裕度。还应注意，不要使用线绕电阻用于反馈，因为它产生的电感会带来麻烦。问：传播延迟和传播延迟离差两者之间的差别如何?这两项技术指标哪一个更重 要?答：传播延迟是指从输入信号跨越转变点到比较器输出状态真正翻转所需要的时 间。传播延迟离差是传播延迟的变化作为过激励电平的函数。如果在自动测试系统中的引脚 驱动电路中使用比较器，那么传播延迟离差将决定其最大边缘分辨率(edge resolution)。 相反，可以把传播延迟看作固定的时间偏移，所以可用其它方法进行补偿。问：我有一个+5 V电源

7、并且不想外加电源。我能否在单电源情况 下使用比较器?答：可以。但是为建立一个阈值电压，使用一个在器件共模范围内旁路性能充分 稳定的基准源。该信号幅度也要相对这个基准源。问：有时会遇到比较器出现意想不到的现象。产生这个问题的原因是什么?答：请检查一下输入信号的共模范围。与运算放大器不同，它的两个输入端的工 作 电压通常具有相同的水平。而比较器的两个输入端具有很大的差分电压摆动。如果两端输入 电压超过 器件规定的共模范围(甚至在规定的信号范围以内)，比较器可能错误响应。为了使比较器正 常工作，一定要保证两端输入信号不超过比较器规定的共模范围。例如，AD790差分输入信 号范围为±VS，但

8、其共模范围为-VS至(+VS-2)。问：当比较器离线时，为了减小漂移，你能提供一个自动调零电路吗?答：试验电路如图33和34所示。在校准方式时，输入断开，比较器的正输入 被切换到接地端。比较器接入一个带有一对极性相反的低压源的环路，这两个低压源根据该 比较器的输出状态交替地对一个缓冲电容器充电。如果比较器的负输入端高于地电位，那 么比较器的输出将为低，1 F缓冲电容器将被接到负电压源(-365 mV)，从而使缓冲放大器 输 出电压将斜坡式下降直到低于比较器的正输入端(接地)电位为止，即正延迟和偏移，此时比 较器翻转。如果比较器的负输入端低于地电位，那么比较器的输出将为高，缓冲电容器将被 接到正电压源(+365 mV)，缓冲放大器输出将斜坡式上升。在最终状态，(当斜坡或变化超过 延迟电压时)每次比较器翻转，电流的极性都改变，因此电容器电压平均为缓冲器和比较 器的失调电压。在校准周期结束时，结型场效应管(JFET)输入