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第一篇高速比较器的应用

已有 1346 次阅读2013-12-23 12:43 |系统分类:模拟技术

第一篇高速比较器的应用
江西科技师范大学通信与电子学院罗强

今天写一篇关于高速比较器的应用，也将制作过程中碰到的问题和最后解决的办法跟大家分享下，我们所知道的比较器，都是电压比较器。通常分为单阀值比较器和滞回比较器。今天我主要讲下单阀值比较器。记得当时在做省电子大赛的时候所用的比较器都是LM358，现在去查文献资料发现LM358是Single Supply Dual Operational Amplifiers 即单电源运算放大器。而LM311才是Voltage comparator 即电压比较器。但是LM358也能做比较器。为什么呢？两者有何区别？这里先不讲，下一篇的时候再讲解。

前段时间用的比较器是高速比较器MAX907 Single/Dual/Quad High-Speed, Ultra Low-Power,Single-Supply TTL Comparators。这是它的经典介绍，高速、低压单电源供电、TTL比较器。何为高速？就是上升时间和下降时间比较短。在应用中上升时间和下降时间是越短越好。但在制作芯片过程中只能尽量缩短上升时间和下降时间。图1是MAX907的参数。

图1 MAX907的上升时间和下降时间

图2是仿真时的电路图，图3是输出的波形。

图2仿真电路图 a：上升沿 b：下降沿

图3 比较器输出波形

在现实电路中按照图2的接法做了一个简单的比较器，但是输出的波形并不是我们理想中的上升沿和下降沿，而是几个严重的抖动，大家知道这在高速电路板中是绝对不允许的。那么下面我们来分析下为什么会出现这个错误，

所谓电压比较器就是比较输入两端的电压，芯片二脚的电压固定。为2.5V。这是我们通常所取的基准电压。三脚电压一直是变化的。频率为1MHZ的正弦波。.我们从图形中可以看到，抖动出现在上升沿和下降沿的时候，下面的图4是量输入信号的对比。为了便于观察我们把信号的时间常数变小。

图4 两个输入信号

图4中量输入波形的比较为何会出现图3中的波形？我们假设一下，因为输入的波形是正弦信号，一直是变化的，基准电压一直不变。在正弦信号到达基准信号电压值的时候基准电压有轻微抖动（来自于电源的纹波，频率大于1MHZ的）时会出现什么情况。就会出现正弦信号时而比基准大，时而比基准小（当然这都是高速的）。这就是为什么会出现图3的波形。为了解决这个问题，我们在二脚端接了一个47uF电解电容接地，如图5所示

图5 改进后的电路图 a:上升沿 b；下降沿

图6 比较器输出波形

此时再测输出波形的上升沿和下降沿。如图6所示。之前出现的抖动现在没有了。当然后面去掉2脚的电容后又会出现抖动。说明之前的猜想正确，是由于2脚基准电压的不稳定导致输出波形的抖动。

下面我们来说另外一个问题，比较器的上升时间。图1所示上升时间12ns，下降时间6ns。但是在测量上升时间时用两台示波器却出现了两个结果。如图7所示。

a：GDS3254型示波器 b：GDS1052型示波器

图7 上升沿的时间测量

两台示波器的出产厂家是一样的，只是型号不一样，测量出来的数据相差很大，下面稍微分析一下为何会出现这种情况。我们知道示波器的输入端有输入电容，很小，小到我们在做低频测试的时候可以忽略不计。但在这里就出现了。而且影响很大。我想就应当是这个示波器接线端的输入电容决定了在这里测量的上升时间不一样。所以GDS3254比GDS1052所测得的上升沿时间至少低1个数量级，GDS3254测得上升沿时间为40ns左右，与技术资料上说的12ns还是相差很大。当然换个更好的示波器测得的数据应当会更小、更精准。

下面来说下降沿时间，如图8所示。