影響比較器傳播延遲測量的參數(shù)

比較器的關(guān)鍵規(guī)格之一是傳播延遲，即信號從比較器輸入傳播到輸出所需的時間。無論是作為電池供電應(yīng)用中的閾值檢波器，還是在高速信號處理板上，比較器的傳播延遲通常是工程師在選擇合適的器件時想知道的第一個參數(shù)。不幸的是，傳播延遲規(guī)范在它所揭示或不揭示的信息方面可能而且通常是模糊的或誤導(dǎo)性的。這是因?yàn)橛袔讉€因素會影響傳播延遲規(guī)格，但數(shù)據(jù)手冊中通常不會討論這些因素。影響傳播延遲的因素有：測量方式、過驅(qū)量、電源電壓、輸出驅(qū)動器電源電壓、容性負(fù)載、共模電壓、配置（反相或同相）、測量邊沿（上升或下降）和溫度。

測量傳播延遲

要了解傳播，必須首先查看正在測量的內(nèi)容。假設(shè)有一個理想的比較器（無失調(diào)電壓）。比較器基本上比較兩個輸入信號，當(dāng)一個輸入信號超過另一個輸入信號時，輸出跳閘。但輸出不會瞬時改變;當(dāng)信號在到達(dá)輸出之前通過內(nèi)部電路（傳播）時，存在延遲。需要注意的是，傳播延遲定義為輸出達(dá)到輸出值的50%的點(diǎn)，而不是完整值。此名稱與輸出負(fù)載相結(jié)合，是可能導(dǎo)致電路測量的延遲時間長于預(yù)期延遲時間的幾個因素之一。

圖1.測量傳播延遲

通常說

傳播延遲通常是一個典型的規(guī)格，這意味著給出的值未經(jīng)生產(chǎn)測試或保證。由于工藝和晶圓廠的變化，除了正常的統(tǒng)計(jì)變化外，典型值的范圍可能相當(dāng)大。對所有值求平均值將得到一個接近預(yù)期值的值，但單個IC可能具有測量的傳播延遲規(guī)格，實(shí)際上根本不那么典型。當(dāng)有保證的規(guī)格時，它可能包括一個注釋，經(jīng)過進(jìn)一步檢查后發(fā)現(xiàn)設(shè)備經(jīng)過樣品測試，由相關(guān)性保證或由設(shè)計(jì)保證。廣受歡迎的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn) LT1016 雙通道 10ns 比較器就是這樣一個示例。以下是數(shù)據(jù)手冊中的傳播延遲規(guī)格，并保證最大數(shù)量。經(jīng)過進(jìn)一步檢查，注4指出“ tPD不能在超速驅(qū)動值低的自動處理設(shè)備中測量。LT1016 采用一個 1V 步進(jìn)和 500mV 過驅(qū)動進(jìn)行樣本測試。相關(guān)測試表明，如果執(zhí)行額外的直流測試以保證所有內(nèi)部偏置條件正確，則此測試可以保證顯示的tPD限值。

圖2.LT1016 EC 表傳播延遲

凌力爾特最新的高速比較器在數(shù)據(jù)手冊中提供了有保證的規(guī)格。LTC6752 2.9ns CMOS 輸出比較器的傳播延遲規(guī)格如下所示。注8僅顯示信號步長（150mV）。

圖3.LTC6752 EC 表傳播延遲

LTC6754 1.8ns LVDS 輸出比較器還具有一種保證的傳播延遲規(guī)格。由于其速度，LVDS輸出被提供以簡化數(shù)字接口時鐘要求。

進(jìn)入超速狀態(tài)

影響傳播延遲的因素之一是施加到比較器的過驅(qū)量;過載越高，傳播延遲越快。因此，在不知道過載量的情況下查看傳播延遲可能會產(chǎn)生誤導(dǎo)。ATE客戶意識到了這一點(diǎn)，通常會要求提供如下所示的色散圖，該圖顯示傳播延遲是過驅(qū)的函數(shù)。色散也是一個典型值，但當(dāng)與典型傳播延遲結(jié)合使用時，可以使用比較器時預(yù)期的預(yù)期傳播延遲值提供更窄的范圍。在某些情況下，使用傳播延遲較慢但色散較窄的比較器可能比使用傳播延遲稍快但色散較寬的器件更為有利。下圖顯示了 LT1719 單通道 4.5ns 3V/5V 比較器的傳播延遲與輸入過驅(qū)動的關(guān)系。

圖4.LT1719 傳播延遲與輸入過驅(qū)的關(guān)系

調(diào)高果汁

影響傳播延遲規(guī)格的另一個因素是電源電壓。下圖顯示了 LTC6752 單通道 2.9ns 比較器和 LT1719 的電源電壓如何隨電源電壓變化而變化。變化量取決于電源電壓或器件優(yōu)化范圍，但對于單電源系統(tǒng)，通常較低的電源電壓通常意味著較慢的傳播延遲。對于 LT1719，該圖顯示，只要 VEE 上存在一個負(fù)電源電壓，傳播延遲就會隨著正電源的變化而變化不大。

圖5.LTC6752 傳播延遲與電源電壓的關(guān)系

輸出端的電壓更高

一些比較器具有用于輸出驅(qū)動器和輸出邏輯電平的單獨(dú)電源引腳。與電源引腳類似，輸出驅(qū)動器電源電壓會影響傳播延遲的速度。一般來說，輸出驅(qū)動器電壓越高，傳播延遲越快。下圖突出顯示了這種關(guān)系。

圖6.傳播延遲與輸出驅(qū)動器電源電壓的關(guān)系

你能扛起這個重?fù)?dān)嗎？

測量傳播延遲時，比較器輸出端的負(fù)載在制造商之間不一致，并且在同一制造商內(nèi)通常不一致。電表容性負(fù)載通常在10pF至20pF范圍內(nèi)，但雜散電容和重容性負(fù)載會對傳播延遲產(chǎn)生重大影響。

圖7.傳播延遲與容性負(fù)載的關(guān)系

不常見的共模電壓變化

比較器的輸入共模電壓會影響傳播延遲。對于由PNP對和NPN對組成的軌到軌輸入比較器，這種影響可能非常明顯，NPN對在不同的輸入共模范圍內(nèi)處于活動狀態(tài)。下圖顯示了傳播延遲如何隨著多個比較器的共模電壓變化而變化。在第一個圖中，下降沿?cái)?shù)據(jù)（紅色）顯示由于這種效應(yīng)，傳播發(fā)生了 13% 的變化。對于上升沿?cái)?shù)據(jù)，這種變化要不那么明顯。一些比較器在共模電壓中表現(xiàn)出階躍，而不是在此轉(zhuǎn)換點(diǎn)處出現(xiàn)尖峰。在圖10中，傳播延遲隨著共模接近供電軌而增加，導(dǎo)致延遲略有增加。

圖8.傳播延遲與共模電壓的關(guān)系示例1

圖9.傳播延遲與共模電壓的關(guān)系示例2

圖 10.傳播延遲與共模電壓的關(guān)系示例3

反轉(zhuǎn)或不反轉(zhuǎn)，這是個問題

拓?fù)淇梢栽趥鞑パ舆t中發(fā)揮作用。比較器可以被認(rèn)為是一個運(yùn)行開環(huán)且沒有線性輸出級的放大器。像和放大器一樣，它可以配置為同相或反相配置。下面的示波器照片顯示了采用反相和同相配置的 LT6700/3 微功率 18ns 比較器系列的傳播延遲。從圖中可以看出，上升沿同相傳播延遲約為24μs，下降沿約為20μs。對于反相配置，下降沿延遲為40μs，上升電阻為10μs。

圖 11.反相和同相傳播延遲示波器照片

選擇你的優(yōu)勢

有時上升沿和下降沿的傳播延遲相似，有時則偏斜。當(dāng)數(shù)字不相同時，最佳規(guī)格通常顯示在數(shù)據(jù)手冊的首頁上。下圖雖然在上面的另一個例子中使用，但是一個很好的觀察圖，可以看到上升沿和下降沿延遲之間的差異。在查看兩個比較器時，請務(wù)必確保比較相同的傳播延遲邊沿。

圖 12.上升和下降傳播延遲差異

有人能把熱量調(diào)高嗎？

溫度是我們提到的傳播延遲變化的最后一個規(guī)格。雖然沒有保證和生產(chǎn)測試，但人們通?？梢栽跀?shù)據(jù)手冊中找到顯示兩個參數(shù)之間溫度關(guān)系的圖表。有時這種關(guān)系是相當(dāng)線性的;其他時候，一點(diǎn)也不;這實(shí)際上取決于比較器的設(shè)計(jì)。下面幾張圖表顯示了 LTC6752 和 LT1719 高速比較器之間的關(guān)系。請注意，在某些情況下，溫度變化可能超過 20%，而在其他情況下，溫度變化占室溫值的百分比相當(dāng)小。

圖 13.傳播延遲與溫度的關(guān)系示例1

圖 14.傳播延遲與溫度的關(guān)系示例2

武裝并準(zhǔn)備明智地選擇

希望這已經(jīng)揭開了傳播延遲測量的一些微妙之處。凌力爾特提供多種比較器，按高速（≥500ns 傳播延遲）、微功耗（≤110μA 典型電源電流）、特定應(yīng)用和高溫分組。

審核編輯：郭婷