比較器的工作原理及性能指標(biāo)介紹

一、什么是比較器

比較器的功能是比較兩個(gè)或更多數(shù)據(jù)項(xiàng)，以確定它們是否相等，或者確定它們之間的大小關(guān)系和排列順序，這稱(chēng)為比較?？梢詫?shí)現(xiàn)此比較功能的電路或設(shè)備稱(chēng)為比較器。比較器是將模擬電壓信號(hào)與參考電壓進(jìn)行比較的電路。比較器的兩個(gè)輸入是模擬信號(hào)，輸出是二進(jìn)制信號(hào)0或1。當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小并且正負(fù)符號(hào)保持不變時(shí)，輸出保持恒定。

二、比較器原理

在了解了什么是比較器之后，我們?cè)賮?lái)看看比較器的工作原理。

比較器可用作1位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。運(yùn)算放大器原則上可以用作比較器而沒(méi)有負(fù)反饋，但是由于運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益非常高，因此它只能處理輸入差分電壓很小的信號(hào)。而且，運(yùn)算放大器的延遲時(shí)間通常較長(zhǎng)，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需求?？梢哉{(diào)整比較器以提供非常小的時(shí)間延遲，但是其頻率響應(yīng)特性將受到限制。為了避免輸出振蕩，許多比較器還具有內(nèi)部遲滯電路。比較器的閾值是固定的，有些只有一個(gè)閾值，有些有兩個(gè)閾值。

三、比較器性能指標(biāo)

在了解了比較器的工作原理后，我們來(lái)看看比較器的5大性能指標(biāo)，這些性能指標(biāo)包括：遲滯電壓、偏置電流、超電源擺幅、漏源電壓和輸出延遲時(shí)間。下面，我們來(lái)一一解讀這幾個(gè)指標(biāo)

1.遲滯電壓：比較器的兩個(gè)輸入端子之間的電壓在過(guò)零時(shí)將改變其輸出狀態(tài)。由于輸入端通常疊加有很小的波動(dòng)電壓，因此這些波動(dòng)產(chǎn)生的差模電壓將導(dǎo)致比較器輸出連續(xù)變化。為了避免輸出振蕩，新的比較器通常具有幾mV的磁滯電壓。遲滯電壓的存在使比較器的開(kāi)關(guān)點(diǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)：一個(gè)用于檢測(cè)上升電壓，另一個(gè)用于檢測(cè)下降電壓，電壓閾值之差（VTRIP）等于遲滯電壓（VHYST），磁滯比較器偏移電壓是TRIP和VTRIP-的平均值。沒(méi)有滯后的比較器的輸入電壓切換點(diǎn)是輸入失調(diào)電壓，而不是理想比較器的零電壓。失調(diào)電壓通常隨溫度和電源電壓而變化。電源抑制比通常用于表示電源電壓變化對(duì)補(bǔ)償電壓的影響。

2.偏置電流：理想比較器的輸入阻抗是無(wú)限的，因此從理論上講，它對(duì)輸入信號(hào)沒(méi)有影響，但是實(shí)際比較器的輸入阻抗不可能是無(wú)限的。在輸入端有電流流過(guò)信號(hào)源的內(nèi)部電阻，并流入其中。在比較器內(nèi)部，導(dǎo)致額外的壓差。偏置電流（Ibias）定義為兩個(gè)比較器的輸入電流的中值，用于測(cè)量輸入阻抗的影響。 MAX917系列比較器的最大偏置電流僅為2nA。

3.超電源擺幅：為了進(jìn)一步優(yōu)化比較器的工作電壓范圍，Maxim采用并聯(lián)的NPN管和PNP管的結(jié)構(gòu)作為比較器的輸入級(jí)，以便比較器的輸入電壓可以擴(kuò)展，使其下限可以低至最低水平，上限比電源電壓高250mV，從而達(dá)到Beyond-theRail標(biāo)準(zhǔn)。該比較器的輸入允許較大的共模電壓。

4.漏源電壓：因?yàn)楸容^器只有兩個(gè)不同的輸出狀態(tài)（零電平或電源電壓），并且具有全功率擺幅特性的比較器的輸出級(jí)是發(fā)射極跟隨器，因此使其輸入和輸出信號(hào)壓力差很小。該電壓差取決于比較器內(nèi)部晶體管處于飽和狀態(tài)時(shí)的發(fā)射極結(jié)電壓，該電壓對(duì)應(yīng)于MOSFFET的漏-源電壓。

5.輸出延遲時(shí)間：包括信號(hào)通過(guò)組件的傳輸延遲以及信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間。對(duì)于高速比較器，例如MAX961，典型的延遲時(shí)間可以達(dá)到4.5ns，上升時(shí)間為2.3ns。設(shè)計(jì)時(shí)，請(qǐng)注意不同因素對(duì)延遲時(shí)間的影響，包括溫度、電容的影響。
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