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不要瞧不起单电源比较器

发布时间:2020-07-21 19:11:47 阅读: 来源:脚轮厂家

TLV3701是一款由静态电流典型值为560nA的电源供电的“纳米功耗级比较器”。从图表1中列出的主要技术规格可以看到,在差分输入过驱电压为50mV时,传播延迟时间,t(PHL),从高到低,额定值为37us。

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图表 1

我有一个客户,他恰巧是数字设计工程师,对模拟技术略知一二,他送来过一份图2中显示的纳米功率级比较器电路图。现在已经过时的“一位”器件(留些情面,就不指名道姓了)曾经到处宣传德州仪器 (TI) 部件根本就不符合数据表中的技术规格,特别是传播延迟技术规格,数据表中的值与实际应用中的值之间的误差有62倍。图2中显示的是老式一位器件的单电源比较器电路。需要注意的是,由于担心会出现错误触发比较器的噪声,在比较器的Vin+和Vin-之间加入了电容器C1。

图2

图3显示了比较器电路的运转波形。Vcc电源循环期间,观察到的从高到低传播延迟为2.33ms(数据表中的技术规格为37us)。测量传播延迟的起始点是Vcc在Vout根据Vin+和Vin-上的电压进入其正确状态前达到部件最小电源电压时。在整个电源周期期间,由于Vin-大于Vin+,所以Vout应该为0V。需要注意的是,分别用于Vin+和Vin-的电阻分压器会在电容器C1上形成差分电压。导致的结果就是比较器的Vin+比Vin-低。乍看起来,当Vcc变为零值时,电容器上的电压放电为零值需要一定的时间,这是因为在Vin+和Vin-分压器中使用了较大电阻值的电阻器。

当Vcc处于零电压时(Time=t0),比较器的Vin+为-74.5mV,由于在比较器输出到Vin+之间有一个1兆欧的电阻器,RH,电压输出Vout也被保持在-57.29mV。Time=t1时,Vcc=1.7V,比较器内部电路开始活跃起来,但是输出随电源发生变化,这是因为没有足够大的电压来正确地偏置所有内部电路。很多运算放大器和比较器加电时,在没有达到最小额定电源电压前,经常会看到这种情况。Time=T2时,对于比较器来说,Vcc已经达到2.7V的最小电源电压,传播延迟的测量区间为T2到T3,此时Vout进入正确的0V状态。

那么为什么T2与T3之间的时间不是数据表中的额定值37us呢?需牢记的是,TLV3701的静态电源电典型值流只有560nA。在Vcc=2.7V的最小值时,这些电流不足以为所有内部电容器充电,这样的话就无法达到正确状态。当这些内部电容器上的起始电压不是0V而是负电压的时候更是如此!所以,我们该如何避免所有这些单电源比较器的消极影响,而又仍然保持Vin+和Vin-上的噪声过滤功能呢?

图 3

在图4中,我们修改了老式一位电路,保留了噪声过滤,但是消除了与这个电路相关的负面影响。如图所示,通过将C1拆分为C1A和C1B,我们可以过滤Vin+和Vin-至接地的连接,以便有效的滤除噪声,而又不会在Vcc的电源循环期间生成任何的负电压。

图4

我们使修改后的比较器电路符合一位原始电路在图5中所显示的同样的Vcc循环。需要注意的是,由于t2的持续时间变得很短,所以不会在他周围看到传播延迟。在图6中,我们将t2周围的区间放大,可以看到t2和t3之间测得的传播延迟为数据表额定值37us。

图5

图 6

所以这个故事的真谛在于消极的态度会产生有害的项目延迟,而单电源比较器上的负电压将会引入不必要的传播延迟!幸运的是,从模拟工程设计角度来讲,这一问题的解决方案就是在Vin+和Vin-的接地之间分别加入一个简单的旁路电容器。

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