高速AD、DA和高速比较器模块电路设计
FPGA FPGA AD_CLK PIN_125 B[3] PIN_48 DA_OUT[9]
PIN_120
B[4] PIN_52 DA_OUT [8] PIN_119 B[5] PIN_55 DA_OUT [7] PIN_118 B[6] PIN_58 DA_OUT [6] PIN_115 B[7] PIN_60 DA_OUT [5] PIN_114 B[8] PIN_64 DA_OUT [4] PIN_113 B[9] PIN_67 DA_OUT [3] PIN_112 B[10] PIN_70 DA_OUT [2] PIN_104 B[11] PIN_72 DA_OUT [1] PIN_103 B[12] PIN_74 DA_OUT [0] PIN_101 B[13] PIN_76 DA_PD PIN_100 B[14] PIN_80 DAC
DA_CLK
PIN_121 B[15] PIN_86 A[0] PIN_40 B[16] PIN_92 A[1] PIN_42 B[17] PIN_94 FPGA I/O
A[2]
PIN_44
FPGA I/O
B[18]
PIN_97
FPGA I/O A[0] LED
2.4 FPGA SPI
C8051F020 FPGA EP2C5T144C8 SPI 2.4.1 C8051F020 EP2C5T144C8 I/O
F PGA_D0(PIN_9)
F PGA_D1(PIN_8)F PGA_D2(PIN_7)F PGA_D3(PIN_4)F PGA_D4(PIN_3)P30P31P32P33P34
2.4.1 FPGA SPI
2.5
10bit ADC 40Msps 10bit DAC 165Msps
2.5.1
TL3016 TI 2.5.1.1 5V ±5V LA TCH ENABLE 7.6 ns
2.5.1.1 TL3016
TL3016 2.5.1.2 TL3016 147mV 5×10/(10+330) R2_11 R4_11 100 R5_11
-5V 5V
12
J2_11CON2
TL3016_out
R4_11100
2.5.1.2
2.5.2 10 ADC
ADC AD AD TI 10 40MHz ADS822E TI OPA2690
ADS822E 5V REFT 3.5V REFB 1.5V SNR 60dB DNL 0.5LSB ADS822E + 3 V + 5 V I / O VRDV ADS822E 2.5.2.1 2.5.2.2 ADS822E 2.5.2.3
2.5.2.1 ADS822E
OPA2690 100MHz 1800V/ s +5V +12V ±2.5V ±6V 2.5.2.4
2.5.2.2 ADS822E
2.5.2.3 ADS822E
2.5.2.4 OPA2690
ADC ADS822E 2.5.2.5 ADS822E 1.5V 3.5V 2Vp-p AD 0V AD OPA2690B AD REFB 1.5V R7_12=1k R8_12=200 1.25V OPA2690A R7_12=R8_12=10k 1.25V 2 2.5V ADC ±1V 2Vp-p RC 79.58MHz 100 10 F 104
B it10OE PD CLK +Vs
GN D RS EL INT/EXT A DS 822E
104104
B yT
B yB
C M
104
2.5.2.5 ADC
2.5.3 10 DAC
DAC DA DA DA TI 10 165MSPS DAC900E TI OPA690
DAC900E 2.7V~5.5V 3pV-s 20mA 200k 1.24V DAC900E 2.5.3.1 2.5.3.2 2.5.3.3
2.5.
3.1 DAC900E
OPA690 500MHz 1800V/ s +5V +12V ±2.5V ±5V 2.5.3.4
2.5.
3.2 DAC900E
2.5.
3.3 DAC900E
2.5.
3.4 OPA690
DAC 2.5.3.5 DAC900E J1_13 J2_13 V ref V R 10 F 0.1 F AGND DAC900 FPGA
N C
14
N C 13N C N C 12PD
E X T R E
F F S A 1
2.5.
3.5 DAC
DAC900E OUT I I OUT OUT OUTFS I I I - OPA690 R 3_11 R 6_11 R 3 R 6 DAC
OUTFS I FSA R 2_11 R 2
2/3232R V I I R REF OUTFS 2-7-3-1
OUTFS I 20mA 2mA 20mA 20mA R 2
2k mA 20/V 25.132/322OUTFS R I V R 2-7-3-2 R 2 2k 20mA
R 3=28.7 R 6=26.1 OPA690 out U
3R I U OUT out 2-7-3-3
U
6R I U OUT out 2-7-3-4
R 5= R 4=1k , R 8= R 7=1k R 4_11 R 5_11 R 7_11 R 8_11 R 4 R 5 R 7 R 8 V A
1/58 R R A v 2-7-3-5
outfs U
)
(6336
3R R I R I R I R I U U U OUT OUTFS OUT out
out outfs 2-7-3-6
I OUTFS I ~0 0 I outfs U 3R I U OUTFS outfs 2-7-3-7
OUTFFS OUT I I outfs U
6R I U OUTFS outfs 2-7-3-8 PP
V outfs U _
R R OUTFS outfs outfs V outfs V R R R V R R I U U U PP
625
548
)
(32)(63263_ 2-7-3-9
DAC900E R V 0.1V 1.25V V V R 1.0 min
__PP
V
outfs U
mV
68.878.542mV
10032min __ k U PP V outfs 2-7-3-9
V V REF 25.1 max
__PP
V
outfs U
mV
10968.542k mV 125032max __ PP V outfs U 2-7-3-10
DAC900E
87.68mV 1096mV
常见电压比较器分析比较
常见电压比较器分析比较 电压比较器通常由集成运放构成，与普通运放电路不同的是，比较器中的集成运放大多处于开环或正反馈的状态。只要在两个输入端加一个很小的信号，运放就会进入非线性区，属于集成运放的非线性应用范围。在分析比较器时，虚断路原则仍成立，虚短及虚地等概念仅在判断临界情况时才适应。 一、零电平比较器(过零比较器) 电压比较器是将一个模拟输入信号ui与一个固定的参考电压UR进行比较和鉴别的电路。 参考电压为零的比较器称为零电平比较器。按输入方式的不同可分为反相输入和同相输入两种零电位比较器，如图1(a)、(b)所示
图1 过零比较器 (a)反相输入；(b)同相输入 通常用阈值电压和传输特性来描述比较器的工作特性。 阈值电压(又称门槛电平)是使比较器输出电压发生跳变时的输入电压值，简称为阈值，用符号UTH表示。 估算阈值主要应抓住输入信号使输出电压发生跳变时的临界条件。这个临界条件是集成运放两个输入端的电位相等(两个输入端的电流也视为零)，即U+=U–。对于图1(a)电路，U–=Ui, U+=0, UTH=0。 传输特性是比较器的输出电压uo与输入电压ui在平面直角坐标上的关系。 画传输特性的一般步骤是：先求阈值，再根据电压比较器的具体电路，分析在输入电压由最低变到最高(正向过程)和输入电压由最高到最低(负向过程)两种情况下，输出电压的变化规律，然后画出传输特性。 二、任意电平比较器(俘零比较器) 将零电平比较器中的接地端改接为一个参考电压UR(设为直流电
压)，由于UR的大小和极性均可调整，电路成为任意电平比较器或称俘零比较器。 图2 任意电平比较器及传输特性 (a)任意电平比较器；(b)传输特性
电压比较器工作原理及应用实例
电压比较器工作原理及应用实例 时间：2011-11-24来源：作者：方佩敏 来源：https://www.360docs.net/doc/1713528179.html, 本文主要介绍电压比较器基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。 什么是电压比较器 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout 的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout 输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。 图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图
1(b)那样，它的输出特性如图2(b)所示。VB>VA时，Vout输出饱和负电压。 如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，如图3(a)所示。此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0V(地电平)，如图3(b)所示，它一般用作过零检测。 比较器的工作原理 比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为： Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则 Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。
高速AD、DA和高速比较器模块电路设计
FPGA FPGA AD_CLK PIN_125 B[3] PIN_48 DA_OUT[9] PIN_120 B[4] PIN_52 DA_OUT [8] PIN_119 B[5] PIN_55 DA_OUT [7] PIN_118 B[6] PIN_58 DA_OUT [6] PIN_115 B[7] PIN_60 DA_OUT [5] PIN_114 B[8] PIN_64 DA_OUT [4] PIN_113 B[9] PIN_67 DA_OUT [3] PIN_112 B[10] PIN_70 DA_OUT [2] PIN_104 B[11] PIN_72 DA_OUT [1] PIN_103 B[12] PIN_74 DA_OUT [0] PIN_101 B[13] PIN_76 DA_PD PIN_100 B[14] PIN_80 DAC DA_CLK PIN_121 B[15] PIN_86 A[0] PIN_40 B[16] PIN_92 A[1] PIN_42 B[17] PIN_94 FPGA I/O A[2] PIN_44 FPGA I/O B[18] PIN_97 FPGA I/O A[0] LED 2.4 FPGA SPI C8051F020 FPGA EP2C5T144C8 SPI 2.4.1 C8051F020 EP2C5T144C8 I/O F PGA_D0(PIN_9) F PGA_D1(PIN_8)F PGA_D2(PIN_7)F PGA_D3(PIN_4)F PGA_D4(PIN_3)P30P31P32P33P34 2.4.1 FPGA SPI 2.5 10bit ADC 40Msps 10bit DAC 165Msps 2.5.1 TL3016 TI 2.5.1.1 5V ±5V LA TCH ENABLE 7.6 ns
比较器工作原理及应用
电压比较器(以下简称比较器）就是一种常用得集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术,也可用于V/F变换电路、A ／D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用得电压比较器。 什么就是电压比较器 简单地说，电压比较器就是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较得，这里不介绍）,并判断出其中哪一个电压高,如图1所示。图1(ａ）就是比较器，它有两个输入端:同相输入端（“＋”端) 及反相输入端（“—”端),有一个输出端Vouｔ（输出电平信号)。另外有电源V+及地(这就是个单电源比较器)，同相端输入电压VA,反相端输入VB。VＡ与VB得变化如图1(b）所示。在时间0~ｔ1时,ＶA〉VＢ;在ｔ1～ｔ2时,ＶB〉VA；在ｔ2~t3时,V Ａ〉VB。在这种情况下，Voｕt得输出如图1（c)所示：ＶA＞VB 时，Vouｔ输出高电平(饱与输出）；VＢ>VＡ时，Ｖoｕt输出低电平。根据输出电平得高低便可知道哪个电压大.
如果把VＡ输入到反相端，VＢ输入到同相端，VA及ＶB得电压变化仍然如图1(b)所示,则Vout输出如图1(d）所示．与图1（c）比较,其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、ＶＢ得输入端有关。 图２(a)就是双电源（正负电源)供电得比较器.如果它得VA、VB输入电压如图１(ｂ)那样，它得输出特性如图2(b)所示。VB〉VＡ时,Vouｔ输出饱与负电压。
如果输入电压VA与某一个固定不变得电压VB相比较,如图3（ａ)所示。此ＶB称为参考电压、基准电压或阈值电压.如果这参考电压就是０V(地电平)，如图3(b）所示,它一般用作过零检测。 比较器得工作原理 比较器就是由运算放大器发展而来得,比较器电路可以瞧作就是运算放大器得一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门得比较器集成电路。 图4（a)由运算放大器组成得差分放大器电路,输入电压VA经分压器R２、R３分压后接在同相端,VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Ｖoｕｔ与V Ａ、VB及4个电阻得关系式为：Vｏut=(1+RF/R1）·R3/(R2+R3）VA—(RF/R1)ＶB。若R1=Ｒ2,R3=RF,则Ｖoｕt=RF/R１（ＶA—VB),RF／Ｒ1为放大器得增益.当Ｒ1=R2=０(相当于R1、R２短路）,
电压比较器电路图
电压比较器电路。 电压比较器是比较两个电压和开关输出或高或低的状态，取决于电压较高的电路。一个基于运放电压比较器上显示。图1显示了一个电压比较器的反相模式图显示了在非反相模式下的电压比较。 电压比较器 非反相比较 在非反相比较器的参考电压施加到反相输入电压进行比较适用于非反相输入。每当进行比较的电压(Vin)以上的参考电压进入运放的输出摆幅积极饱和度(V+)，和副反之亦然。实际上发生了什么是VIN和Vref(VIN-VREF)之间的差异，将是一个积极的价值和由运放放大到无穷大。由于没有反馈电阻Rf，运放是在开环模式，所以电压增益(AV)将接近无穷。+所以最大的可能值，即输出电压摆幅，V。请记住公式AV=1+(Rf/R1)。当VIN低于VREF，反向发生。 反相比较
在相比较的情况下，参考电压施加到非反相输入和电压进行比较适用于反相输入。每当输入电压(Vin)高于VREF，运放的输出摆幅负饱和。倒在这里，两个电压(VIN-VREF)之间的差异和由运放放大到无穷大。记住公式AV=-Rf/R1。在反相模式下的电压增益的计算公式是AV=-Rf/R1.Since没有反馈电阻，增益将接近无穷，输出电压将尽可能即负，V-。 实际电压比较器电路 一种实用的非基于UA741运放的反相比较器如下所示。这里使用R1和R2组成的分压器网络设置参考电压。该方程是VREF=(五+/(R1+R2)的)×R2的。代入这个方程电路图值，VREF=6V。当VIN高于6V，输出摆幅?+12V直流，反之亦然。从A+/-12V 直流双电源供电电路。 电压比较器的使用741
一些其他的运放，你可能会感兴趣的相关电路 1求和放大器：总结放大器可以用来找到一个信号给定数量的代数和。 2。集成使用运放：对于一个集成的电路，输出信号将输入信号的积分。例如，一个集成的正弦波使余弦波，方波一体化为三角波等。 3。反相放大器：在一个反相放大器，输出信号将输入信号的倒版，是由某些因素放大。 4，仪表放大器：这是一个类型的差分放大器输入额外的缓冲阶段。输入阻抗高，易于匹配结果。仪表放大器具有更好的稳定性，高共模抑制比(CMRR)，低失调电压和高增益。
电压比较器
实验十集成运放基本应用之三——电压比较电路 姓名：班级：学号：实验时间： 一、实验目的 1、掌握比较器的电路构成及特点 2、学会测试比较器的方法 二、实验原理 1、图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，输入电压Ui加在反相输入端。图1（b）为（a）图比较器的传输特性。 (a) 图1 电压比较器(b) 当Ui
u1<0时，u0=+（Uz+U） (a) 图2 过零比较器(b) (2)、图3为滞回比较器。 过零比较器在实际工作时，如果Ui恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，Uo将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此就需要输出特性具有滞回现象。如图3所示： (a) (b) 图3 滞回比较器 从输出端引入一个电阻分压支路到同相输入端，若Uo 改变状态，U点也随着改变点位，使过零点离开原来位置。当Uo 为正（记作U ）U R/（R+ R）]* U，则当UD> U后,Uo 再度回升到UD，于是出现图（b）中所示的滞回特性。- U与 U的差别称为回差。改变R2 的数值可以改变回差的大小。 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、直流电压表 3、函数信号发生器 4、交流毫伏表 5、双踪示波器 6、运算放大器μA741×2
一种中速高精度模拟电压比较器的设计
1引言 在A/D转换器中，比较器重要性能指标是工作速度、精度、功耗、输入失调电压、正反馈时产生的回程噪声等，这些指标影响和制约着整个A/D转换器的性能。高速比较器速度较快，一般采用锁存器（Latch）结构，但是失调和回程噪声较大，精度在8位以下，用于闪烁（Flash）、流水线（Pipeline）型等高速A/D转换器[1]。高精度比较器可分辨小电压，但速度相对较慢，一般采用多级结构，且较高的精度决定失调校准的必要性。这里设计的比较器是用于输入范围2.5V、速度1MS/s、精度12位的逐次逼近型A/D转换器，为了满足A/D转换器的性能指标，则需采用中速高精度的比较器。 2比较器的设计 由于该比较器用于输入电压2.5V、速度1MS/s、精度12位的逐次逼近型A/D转换器，因此比较器的精度至少应达到1/2LSB，即0.3mV的电压，速度高于12MHz，并且需要考虑一定的设计余量，所以暂定指标为精度0.2mV、速度20MHz。该中速高精度的比较器通常采用多级结构实现。在利用锁存器速度高、功耗小等优点的基础上，采用3级前置放大器组成的预放大级提高精度；采用输入失调储存与输出失调储存技术相结合的办法降低甚至抵消失调的影响；采用共源共栅、源随器结构的前置放大器和锁存器的时钟控制来抑制回程噪声的影响；采用数字触发电路获得高性能的数字输出信号。需要注意的是必须准确处理好比较器的各个工作阶段，使其各部分协调工作，降低相互之间的干扰，以达到最优的性能。 2.1总体结构与失调校准技术 图1为比较器电路的总体结构框图，采用3级电容耦合的前置放大器加锁存比较器的结构，其中耦合电容可用于失 调储存，开关用于控制比较器工作。 图1比较器的总体结构框图 暂不考虑锁存比较器的时钟控制以及整个电路的复位工作，该比较器工作大致分为2阶段：首先是失调校准阶段， 一种中速高精度模拟电压比较器的设计 王鑫，唐广 （电子科技大学电子工程学院，四川成都610054） 摘要:设计一种中速高精度模拟电压比较器，该比较器采用3级前置放大器加锁存器和数字触发电路的多级结构，应用失调校准技术消除失调，应用共源共栅结构抑制回程噪声干扰；应用数字触发电路获得高性能数字输出信号，设计采用0.35μm5V CMOS工艺实现一个输入电压2.5V、速度1MS/s、精度12位的逐次逼近型A/D转换器。 Hspice仿真结果表明：在5V供电电压下，速度可达20MHz，准确比较0.2mV电压，有效校准20mV输入失调，功耗约1mW。 关键词:比较器；锁存器；失调校准；弱正反馈；逐次逼近 中图分类号:TN453文献标识码：A文件编号：1674-6236（2009）07-0037-03 Design of a moderate-speed and high precision analog voltage comparator WANG Xin，TANG Guang （School of Electronic Engineering，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu610054，China） Abstract:A moderate-speed and high precision analog voltage comparator is designed，in which a multi-stage structure consisting of three pre-amplifiers，a latch and a digital flip-flop circuit are adopted.The comparator uses an offset cancellation technique to cancel offset，uses a cascode circuit to retrain kickback noise，and uses a digital flip-flop circuit to make a high performance digital output signal.Designed and fabricated in0.35μm5V CMOS technology，the comparator is used in a range of2.5V，1MS/s，12-bit successive approximation analog-to-digital converter.Hspice simulation results show that this comparator distinguishes0.2mV at20MHz under5V supply voltage，and effectively calibrate20mV input offset，with about1mW power consumption. Key words:comparator;latch;offset cancellation;weak positive feedback;successive approximation 收稿日期:2009-02-20稿件编号:200902043 作者简介：王鑫（1983-），男，四川成都人，硕士研究生。研究方向：模拟及数模混合集成电路设计。
LM361 高速互补输出电压比较器
LM161/LM261/LM361 High Speed Differential Comparators General Description The LM161/LM261/LM361is a very high speed differential input,complementary TTL output voltage comparator with improved characteristics over the SE529/NE529for which it is a pin-for-pin replacement.The device has been optimized for greater speed performance and lower input offset volt-age.Typically delay varies only 3ns for over-drive variations of 5mV to 500mV.It may be operated from op amp supplies (±15V). Complementary outputs having maximum skew are pro-vided.Applications involve high speed analog to digital con-verters and zero-crossing detectors in disk file systems. Features n Independent strobes n Guaranteed high speed:20ns max n Tight delay matching on both outputs n Complementary TTL outputs n Operates from op amp supplies:±15V n Low speed variation with overdrive variation n Low input offset voltage n Versatile supply voltage range Connection Diagrams Dual-In-Line Package DS005708-2 Top View Order Number LM161J LM361M or LM361N See NS Package Number M14A or N14A Metal Can Package DS005708-3 Order Number LM161H/883(Note 1),or LM361H See NS Package Number H10C Note 1:Also available per SMD #5962-8757203 May 1999 LM161/LM261/LM361High Speed Differential Comparators ?1999National Semiconductor Corporation https://www.360docs.net/doc/1713528179.html,
比较器的选型
比较器的合理选择 May 22, 2006 摘要：本文说明比较器的特性、指标以及比较器与运算放大器差异。其中包括内置基准的比较 器应用电路和利用双比较器构建窗检测器、利用四比较器解决电压或电流测量问题的电路。 长期以来，受运算放大器的影响，比较器的应用一直没有得到应有的重视。直到目前随着比较 器性能指标的改进，使其更好地胜任电压比较这一基本任务，这一状况才得到改善，本文主要 介绍新型比较器的性能及其典型应用。 比较器的功能 比较器的两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输 出保持恒定。从这一角度来看，也可以将比较器当作一个1位模/数转换器(ADC)。 比较器与运算放大器 运算放大器在不加负反馈时，从原理上讲可以用作比较器，但由于运算放大器的开环增益非常高，它只能处理输入差分电压非常小的信号。而且，在这种情况下，运算放大器的响应时间比 比较器慢许多，而且也缺少一些特殊功能，如：滞回、内部基准等。 比较器通常不能用作运算放大器，比较器经过调节可以提供极小的时间延迟，但其频响特性受 到一定限制，运算放大器正是利用了频响修正这一优势而成为灵活多用的器件。另外，许多比 较器还带有内部滞回电路，这避免了输出振荡，但同时也使其不能当作运算放大器使用。 电源电压 比较器与运算放大器工作在同样的电源电压，传统的比较器需要±15V等双电源供电或高达 36V的单电源供电，这些产品在工业控制中仍有需求，许多厂商也仍在提供该类产品。 但是，从市场发展趋势看，目前大多数应用需要比较器工作在电池电压所允许的单电源电压范 围内，而且，比较器必须具有低电流、小封装，有些应用中还要求比较器具有关断功能。例如：MAX919、MAX9119和MAX9019比较器可工作在1.6V或1.8V至5.5V电压范围内，全温范 围内的最大吸入电流仅为1.2μA/1.5μA，采用SOT23、SC70封装，类似的MAX965和 MAX9100比较器工作电压可低至1.6V，甚至1.0V，因而非常适合电池供电的便携式产品，见 表1。
高速的比较器
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(0 1 μF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。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2 5 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 μV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3 1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+RF 和VH×RSRS+RF
电压比较器工作原理及应用
电压比较器工作原理及应用 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 什么是电压比较器 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+” 端) 及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout 的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout 输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。 图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图1(b)那样，它的输出特性如图2(b)所示。VB>VA时，Vout输出饱和负电压。
如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，如图3(a)所示。此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0V(地电平)，如图3(b)所示，它一般用作过零检测。 比较器的工作原理 比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为： Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则 Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。
电压比较器及其应用
电压比较器及其应用 在最常用的简单集成电路中，电压比较器仅次于排名第一的运算放大器而排名第二。各类教科书及相关出版物中可以经常看到关于运算放大器的理论、设计和使用方法的知识内容，而关于比较器的知识内容明显较少。我们在中等职业技术教学中，补充了一些知识内容，弥补这些不足。 一、电压比较器简介 电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。其功能是比较两个输入电压（或者说一个基准电压和一个待比较电压）的大小，并用输出电压的高电平或低电平，表示两个输入电压比较的结果：当“＋”输入端（同相输入端，下同）电压高于“－”输入端（反向输入端，下同）时，输出为高电平；当“＋”输入端电压低于“－”输入端时，输出为低电平。电压比较器可以用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形的产生和变换等。利用电压比较器可将正弦波变换为同频率的方波或矩形波。 电压比较器的输入是线性量，而输出是开关量（高电平或低电平）。一般应用中，可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。所有的运算放大器都可用作电压比较器，例如LM324、LM358、μA741、TL081、OP27等，这些都可以做成电压比较器。LM339、LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合。 电压比较器有的使用单电源工作，如图1所示。有的单电源和双电源都可以使用，图2所示使用的就是双电源。我们经常使用的四电压比较器LM339，既可使用最大值36V的单电 源，也可使用±18V的双电源。电压比较器的输出端，有的自身可以输出高电平及低电平，例如输出级采用推挽式结构的；而有的电压比较器输出级是一只集电极开路的三极管，称作集电极开路输出，参见图3。也有场效应管漏极开路输出型，与集电极开路输出型类似。对于集电极开路输出和漏极开路输出的电压比较器，使用时要连接上拉电阻R，输出端才可能
高速模拟比较器模块
? 2016 Microchip Technology Inc.DS70005128B_CN 第1 页 高速模拟比较器模块 目录 本章包括下列主题：1.0简介 ..................................................................................................................................22.0模块说明 ...........................................................................................................................33.0控制寄存器 .......................................................................................................................44.0配置高速模拟比较器 .........................................................................................................75.0应用信息 ...........................................................................................................................96.0高速模拟比较器限制 .......................................................................................................117.0寄存器映射 .....................................................................................................................128.0相关应用笔记 .................................................................................................................139.0 版本历史 (14)
电压比较器的使用
探讨探讨电压比较器电压比较器电压比较器之作用之作用之作用 作者： Radim Smat 意法半导体应用工程师 引言 比较器在最常用的简单集成电路中排名第二，仅次于排名第一的运算放大器。在各类出版物中可以经常看到运算放大器的理论，关于运算放大器的设计和使用方法的图书也非常多，可是我们却很难找到关于比较器的理论研究，究其原因，比较器本身功能十分简单，只用于比较电压，然后根据比较结果，把输出电压设定在数字低态或高态。 很多人认为比较器类似于没有反馈引脚的运算放大器，真实情况并不是这样，当使用比较器防止负面的意外事件时，我们应该了解更多的技术背景知识。 比较器比较器可以用运算放大器代替吗可以用运算放大器代替吗可以用运算放大器代替吗？？ 在开环或高增益配置中用运算放大器代替比较器是十分常见的，虽然最好是使用专门优化的比较器，但是用运算放大器代替比较器也是可以的。运算放大器是一种为在负反馈条件下工作设计的电子器件，设计重点是保证这种配置的稳定性，压摆率和最大带宽等其它参数是放大器在功耗与架构之间的折衷选择；相反，比较器是为无负反馈的开环结构内工作设计的，这些器件通常不是通过内部补偿的，因此速度即传播延迟以及压摆率（上升和下降时间）在比较器上得到了最大化，总体增益通常也比较小。 用运算放大器代替比较器不会使性能得到优化，而且功耗速度比将会很低。如果反过来，用比较器代替运算放大器，情况则会更坏。通常情况下比较器不能代替运算放大器，在负反馈条件下，比较器很可能会出现工作不稳定的情况。 总之，我们可以说，比较器和运算放大器是不能互换的，低性能设计除外。 产品描述 ST 最近新推出一系列轨对轨高速比较器：单比较器TS3021和双速比较器TS3022。在既需要低电流消耗又需要快速信号响应的应用中，如便携通信系统或高速采样系统， TS302x 的特性深受市场欢迎。 TS320x 系列产品采用双极晶体管和MOS 晶体管两种技术，其最大特点是功耗低、响应速度快，典型功耗达到（每个比较器）64μA ，典型响应速度33ns ，在0℃到+125℃民用工作温度范围内，工作电压范围1.8V 到5V ；在-40℃到+125℃工业工作温度范围内，工作电压范围2V 到5V ；TS302x 还提供最高200mA 的闩锁保护功能和高达2kV 的ESD 保护功
高速比较器MAX912
高速比较器MAX912 1.总体描述 MAX913（单）和MAX912（双）高速，低功耗比较器是一个拥有独特设计就是在其线性区域是它的比较是可以防止振荡。没有要求最低输入转换率。它是由差分输入和互补的TTL输出。快速传播延迟（10ns 的典型值），具有极低的电源电流和宽共模输入范围，包括负电流使MAX912/MAX913达到的低功耗理想效果，高速，单电源+5 V（或±5V）的应用，例如有V / F转换器和开关稳压器。 MAX912/MAX913保持着稳定的线性区域输出。此功能消除了常见的在输出不稳定时产生高速驱动时具有的比较滞销输入信号。 该MAX912/MAX913可以单一+5 V电源供电或±5V的分别供应。该MAX913是一个 改进的LT1016的替代品。在输入一小能量时它提供了更宽的输入电压范围和等效速度。在MAX912双比较具有同等性能的MAX913并且包括独立的锁存控制功能。 2.应用 过零检测器 以太网线接收器 开关稳压器 高速采样电路 高速触发器 扩展范围的V / F转换器 快速脉冲宽度/高度的判别 3.特点 超快速（为10ns） 单+5 V或±5V的双电源供电 输入范围扩展至负电源以下 低功耗：6毫安（+5 V）的每次比较 无最小输入信号摆率的要求 无电源电流扣球 稳定的线性区 可投入任一电源 低失调电压：0.8mV 4.引脚配置 顶视图：
5.电气特性 （V+ = +5V, V- = -5V, VQ = 1.4V, VLE = 0V, TA = TMIN to TMAX，除非另有说明。典型值是在TA=25℃） 注1：输入失调电压（VOS）作为两个输入失调电压，迫使第一个输出端测得的平均定义，那么其他至1.4V。输入失调电流（IOS）的定义是一样的。 注2：传输延迟（公吨）和差分传输延迟（?tPD）不能在自动装卸设备的计量具有低输入过载值。测试样品的MAX912/MAX913是一个1V的一步，为500mV至0.1％的AQL超速仅在+25 °C。相关性检验表明，TPD和?tPD可以保证这个测试，如果其他区进行测试保证所有内部偏置条件是正确的。对于低过载条件下，VOS为添加到超速。差分传输延迟定义为：?tPD的tPD=+ -的TPD -。 注3：输入锁存器的建立时间（台联）是区间，其中输入信号必须稳定之前宣称锁存信号。保持时间（日）是区间后，锁存器置在其中输入信号必须稳定。这些参数设计保证。 注4：锁存器传输延迟（tLPD）是输出延迟时间作出反应时，锁存使能引脚置为无效。见时序图。
高速比较器的分析与设计
摘要 比较器是模数(A/D)转换器的重要组成部分，也是电子系统中应用较为广泛的电路之一。比较器的性能，尤其是速度、功耗、噪声、失调，对整个模数转换器的速度、精度和功耗都有着至关重要的影响。比较器的设计以开环高增益放大器的设计为基础。这类比较器属于非线性的模拟电路，其输入和输出之间不存在线性关系。比较器的系统级应用包括便携式和电池驱动的系统、扫描仪、机顶盒和高速差分线接收器。 基于预放大再生锁存理论，本文设计的比较器采用了预放大级结构和动态latch锁存器结构，在传统高速比较器电路结构的基础上应用开关运算放大器技术，提高了分辨率，降低了传输延时。该比较器包括全差分结构的前置放大电路，反相器首尾连接成的双稳态结构为核心的动态再生锁存电路和由两个交叉NMOS晶体管和简单的PMOS共源放大输入组成的输出锁存电路。当时钟信号为低电平时，输入信号和参考信号之差被前置放大电路放大，前置放大电路在获得大的带宽的同时达到较高的增益，有效的提高了比较器的速度，降低了比较器的输入失调电压，比较器输出相对应的逻辑电平，当时钟信号为高电平时，比较器输出被锁存到高电平。 关键词：高速比较器；CMOS；失调电压
Abstract Comparator is one of the most important units in ADCs and widely used in electronic systems.The performances of comparators,such as speed, power consumption,noise, and offset,strongly influence the speed,precision and power consumption of ADCs. V oltage detectors,voltage level transformer,voltage-frequency transformer,sampling/track and hold circuit, zero detectors, peak and delay line detectors all utilize comparators. Based on preamplifier-latch theory,this design of the comparator useing pre-amplifier stage with the structure and dynamic latch structure,on the basis of the traditional structure of high-speed comparator circuit switch,application switching operational amplifier technology, improve the resolution and reduce the transmission delay.the comparator includes a preamplifier circuit of fully differential structure,a regenerative latch whose key components are inverters connected end to end,and a simple output stage which is made up of two cross-coupled NMOS transistor and the PMOS common source amplifier.When clock is low, the difference between input signal and reference signal amplified by preamplifier circuit,Preamplifier circuit get a big bandwidth to achieve high gain in the same time,improve the speed of the comparator effectively,Reduces the input offset voltage of the comparator,comparator output corresponding to logic level.When the clock signal is high,the comparator output is latched to high. Key words：high-speed comparator; CMOS; Offset voltag