oikean komparaattorin valitseminen

komparaattori jää usein isoveljensä, operaatiovahvistimen (op amp) varjoon. Sen vaatimatonta asemaa kompensoivat ominaisuudet, jotka erottavat nykyaikaiset verrokit ja tekevät niistä ihanteellisia perustehtäväänsä: vertaamalla kahta jännitettä. Tässä artikkelissa selitetään vertailukohtien ominaisuudet ja kuvataan parametrit, jotka olisi otettava huomioon vertailukohteita valittaessa.

komparaattorin funktio

komparaattori hyväksyy kaksi analogista signaalia ja tuottaa lähtöön binäärisignaalin, jonka funktio tulojännite on suurempi. Lähtösignaali pysyy vakiona differentiaalisen tulojännitteen muuttuessa. Näin kuvattuna komparaattori muistuttaa 1-bittistä ADC: tä.

verrattaessa verrokkeja ja Op-vahvistimia

ilman negatiivista palautetta toimiva op-vahvistin voi toimia vertailijana, koska sen suurjännitevoitto mahdollistaa hyvin pienten tulojänniteerojen ratkaisemisen. Tällä tavalla käytetyt Op-Ampeerit ovat yleensä hitaampia kuin verrokit ja niistä puuttuu muita erityispiirteitä, kuten hystereesi ja sisäiset viitteet.
verrokkeja ei yleensä voida käyttää op-vahvistimina. Ne on lohkottu erinomainen vaihto kertaa kustannuksella taajuusvasteen korjaus, joka tekee op ampeeria niin monipuolinen. Monissa verrannoissa käytetty sisäinen hystereesi, joka estää värähtelyn ulostulossa, estää myös niiden käytön op-ampeereina.

Syöttöjännite

verrokit toimivat samoilla syöttöjännitteillä, joita op-Ampeerit käyttävät. Monet vanhemmat verrokit vaativat kaksisuuntaista mielialahäiriötä (esim., ±15v) tai unipolaarinen Syöttöjännite jopa 36V. näitä syöttöjännitteitä käytetään edelleen teollisissa sovelluksissa.
useimmissa uusissa sovelluksissa verrokki toimii kuitenkin akkukäyttöisissä laitteissa tyypillisesti esiintyvien pienien unipolaaristen jännitteiden rajoissa. Nykyaikaiset vertailusovellukset edellyttävät pientä virrankulutusta, pieniä paketteja ja (joissakin tapauksissa) sammutustoimintoa. Esimerkiksi max919 -, MAX9119-ja MAX9019-verrokit toimivat jännitteillä 1,6 V tai 1,8 V-5,5 V, vetävät maksimissaan 1.2µA / 2µa koko lämpötila-alueella, ja ne ovat saatavilla SOT23 ja SC70 pakkauksissa. Vertailuperheet MAX965 ja MAX9100 toimivat niinkin alhaisilla syöttöjännitteillä kuin 1,6 V ja 1,0 v. Katso Taulukko 1.
Taulukko 1. MAX9015-MAX9020 valintaopas

1

verrokit pienissä paketeissa

nanovoimaiset verrokit tilaa säästävissä sirupaketeissa (UCSP), joissa on alhainen 1µa syöttövirta, kuten MAX9025-MAX9098-perheet, ovat ihanteellisia erittäin pienitehoisiin järjestelmäsovelluksiin. Saatavana pienissä 5-nastaisissa SC70-pakkauksissa, MAX9117-MAX9120-yksivertailuperheissä on erittäin matala 600nA-syöttövirta, jossa on kaksi lähtöä, joista valita, push-pull tai open-drain. Katso Taulukko 2. Nämä verrokit ovat ihanteellisia kaikkiin 2-kennoisten paristojen valvonta – / hallintasovelluksiin.
Taulukko 2. Tiny Space-Saving Comparators

Package	Part	Comparator(s)	Int. Reference	Output	Supply Current (µA)
6-UCSP	MAX9025	1		Push-pull	1.0
6-UCSP	MAX9026	1		Open drain	1.0
6-UCSP	MAX9027	1		Push-pull	0.6
6-UCSP	MAX9028	1		Open drain	0.6
5-SC70	MAX9117	1		Push-pull	0.6
5-SC70	MAX9118	1		Open drain	0.6
5-SC70	MAX9119	1		Push-pull	0.35
5-SC70	MAX9120	1		Open drain	0.35

Perusvertailuominaisuudet

komparaattori muuttaa normaalisti lähtötilaansa, kun sen syöttöjen välinen jännite kulkee suunnilleen nollavoltin läpi. Pienet jännitteen vaihtelut, jotka ovat aina läsnä tuloissa, tuottavat hyvin pieniä jänniteeroja. Kun jännite-ero on lähellä nollavolttia, se voi aiheuttaa ei-toivottuja muutoksia verrokin lähtötilassa . Tämän lähtövärähtelyn estämiseksi moniin nykyaikaisiin verrokkeihin on integroitu pieni muutaman millivoltin hystereesi. Yhden vaihtopisteen sijasta hystereesi esittelee kaksi: yksi nouseville jännitteille ja yksi laskeville jännitteille (Kuva 1). Korkeamman tason matkan arvon (VTRIP+) ja alemman tason matkan arvon (VTRIP -) välinen ero on hystereesijännite (VHYST). Hystereesillä varustetuissa verrannoissa offsetjännite (VOS) on yksinkertaisesti vtrip+: n ja VTRIP -: n keskiarvo.

Kuva 1. Kytkin kynnykset, hystereesi, ja offset jännite.
vertailukohteissa, joissa ei ole hystereesiä, verrokin vaihtamiseen tarvittavien tulojen välinen jännite-ero on offset-jännite eikä ideaalisen verrokin vaatima nollajännite. Kuitenkin offset jännite (ja siten kytkentäjännite) muuttuu lämpötilan ja syöttöjännitteen. Yksi tämän riippuvuuden mitta on tehonsyötön hylkäyssuhde (psrr), joka osoittaa nimellisen syöttöjännitteen muutoksen ja siitä johtuvan offsetjännitteen muutoksen välisen suhteen.
ideaalivertailijan tuloilla on äärettömän suuri tulonvastus,joten sen tuloihin ei virtaa virtaa. Varsinaisissa vertailukohteissa niiden syötteisiin virtaavat virrat kulkevat kuitenkin myös niihin kiinnitetyn jännitelähteen sisäisen vastuksen läpi, jolloin syntyy virhejännite. Bias nykyinen (IBIAS)määritellään mediaani arvo kahden vertailu-tulovirta. Esimerkiksi MAX917 – ja MAX9117-vertailuperheissä maksimivirta IBIAS on 2NA koko lämpötila-alueella ja alle 1NA huoneenlämmössä, TA = +25°C. See Table 3.

Table 3. Low IBIAS

As lower supply voltages become common, Maxim expanded the input-voltage range of comparators beyond the supply voltages. Joissakin Maksimivertailuissa käytetään kahden NPN/pnp-tulovaiheen rinnakkaiskytkentää, mikä on mahdollistanut jopa 250 MV: n tulojännitteet kunkin syöttökiskon ulkopuolella. Tällaisia laitteita kutsutaan kiskojen ulkopuolisiksi vertailukohteiksi. Käytettävissä olevat tulojännitteet löytyvät vertailijan tietolomakkeesta. Esimerkiksi MAX9015-MAX9020, MAX9025-MAX9028 ja MAX9117-MAX9120 nanopower-vertailuperheissä on kaikilla yhteinen tulojännitealue, joka ulottuu 200mv kiskojen ulkopuolelle. Toisin kuin kahden ESD-diodipuristimen kytkeminen tulovaiheeksi, max9060-MAX9064-verrokkiperhe toteuttaa erilaisen tulovaiheen arkkitehtuurin, jonka avulla niiden tulojännite ylittää syöttöjännitteen useilla volteilla.

Vertailulähdöt

koska vertailulaitteilla on vain kaksi lähtötilaa, niiden ulostulot ovat lähellä nollaa tai lähellä syöttöjännitettä. Bipolaarisilla kisko-kisko-vertailulaitteilla on yhteinen emitterilähtö, joka tuottaa pienen jännitehäviön ulostulon ja kunkin kiskon välillä. Tämä pudotus on yhtä suuri kuin kyllästetyn transistorin kollektori-emitterijännite. Kun lähtövirrat ovat kevyitä, tyydyttyneeseen MOSFETiin perustuvien CMOS-kisko-kisko-vertailulaitteiden lähtöjännitteet ovat lähempänä kiskoja kuin niiden bipolaariset vastineet.
Yksi vertailukohdan valintakriteeri on aika, joka sen ulostulolla kuluu sen tilan muuttamiseen sen jälkeen, kun signaalia on käytetty sen tulokohdassa. Tämä etenemisaika on otettava huomioon etenemisviive komponentin läpi ja nousu-ja laskuajat lähtöohjaimessa samoin. Erittäin nopea vertailulaite, kuten MAX961 ja MAX9010-MAX9013, esimerkiksi, on tyypillinen etenemisviive vain 4.5 ns tai 5ns, ja nousuaika 2.3ns ja 3NS vastaavasti. (Muista, että etenemisviiveen Mittaus sisältää osan nousuajasta). On huomattava erilaisia vaikutuksia, jotka vaikuttavat etenemisaikaan (kuva 2). Näitä tekijöitä ovat lämpötila, kuormituskapasitanssi ja kytkentäkynnyksen ylittävä jänniteasema (input overdrive). Etenemisaikaa kutsutaan TPD-inverttitulolle ja TPD+ kääntymättömälle tulolle. Ero TPD+ ja tPD – kutsutaan skew. Syöttöjännitteellä on myös voimakas vaikutus etenemisaikaan.

kuva 2. Ulkoisten vaikutusten vaikutus etenemisaikaan.

valitse tietylle sovellukselle joko suurnopeuksinen vertailulaite tai sellainen, joka säästää virtaa. Maxim tarjoaa erilaisia suorituskykyä tähän tarkoitukseen: MAX919 (800NA, 30µs) max9075 (6µA, 540ns); max998 (600µA, 20ns) max961 (11MA, 4.5 ns); max9140(165ΜA, 40ns) max9203 (1.3 mA, 7ns); ja max9107 (350µa, 25NS) MAX9010 (900µa, 5NS). MAX9010 (sc70 paketti) edustaa hyödyllinen kompromissi näissä parametreissa, jossa 5NS etenemisaika ja 900µA tarjontavirta.
ultranopeat ECL-ja PECL-lähdöt 500ps etenemisviiveellä, katso MAX9600 / MAX9601 / MAX9602-osaperheet.

Kommentit tietyistä Vertailuaineista

yleisin vertailuaineisto on jännitteen ja stabiilin referenssin vertailu. Maxim tarjoaa erilaisia vertailulaitteita, joissa viitejännite on integroitu siruun. Vertailu-ja vertailulaitteen yhdistäminen yhteen siruun paitsi säästää tilaa, myös vetää vähemmän syöttövirtaa kuin ulkoisella referenssillä varustettu vertailulaite. Esimerkiksi MAX9117-laiteperhe vaatii vain 1,6 µA: n maksimin (mukaan lukien vertailu) koko lämpötila-alueella. Max44268 vaatii vain 1,4 µA: n maksimin (mukaan lukien vertailu) koko lämpötila-alueella. Integroidun referenssin tarkkuus on tyypillisesti 1-4 prosenttia. Korkean tarkkuuden saavuttamiseksi max9040-vertailuperheen referenssit tarjoavat kuitenkin 0,4% lähtötarkkuuden ja enintään 30ppm / °C lämpötilavaihtelun.
MAX9017 / MAX9018, MAX923, MAX933 ja MAX967/MAX968 kaksoisvertailulaitteet sekä avoimen tyhjennyksen ulostulo MAX973, MAX983, kaksoisvertailulaitteet soveltuvat ihanteellisesti ikkunavertailusovelluksiin. Koska integroitu viittaus kaikissa näissä laitteissa voi muodostaa yhteyden vertailijan inverttaus-tai noninvertointituloon, ylijännite-ja alijännitekynnykset voidaan toteuttaa vain kolmella ulkoisella vastuksella. Nämä komponentit tarjoavat myös hystereesi tappi. Lisäämällä kaksi ylimääräistä ulkoisia vastuksia, tämä tappi mahdollistaa lisäämällä hystereesi kynnys, kuten kuvassa 1. Jotkut vertailulaitteet, kuten MAX912 / 913, tarjoavat täydentäviä tuotoksia-eli kaksi tuotosta, jotka siirtyvät vastakkaiseen suuntaan toisiinsa suhteellisen tulon napaisuuden muuttamiseksi.
nopea etenemisviive (1ms tyypillisesti 5mv overdrive) tekee MAX9201/MAX9203: sta ihanteellisen nopeisiin ADCs-ja näytteenottopiireihin, kuten vastaanottimiin, V/F-muuntimiin ja moniin muihin dataa erotteleviin sovelluksiin.
muut nopeat ja vähätehoiset verrokit, kuten MAX9107/MAX9108/MAX9109, ovat edullisia päivityksiä alan vakiovertailuun, MAX907/MAX908 / MAX909. MAX9013 on parannettu plug-in korvaa alan standardin MAX913 ja LT1016 / LT1116. Dual comparator, MAX9107, on saatavana tilaa säästävässä 8-nastaisessa SOT23-paketissa. Yksittäinen vertailulaite, MAX9109, on saatavana pienessä 6-nastaisessa SC70: ssä, kun taas quad-vertailulaite, MAX9108, on tarjolla 14-nastaisessa TSSOP: ssa. Katso Taulukko 4 ja kuva 3.

Taulukko 4. Ultranopeat vertailijat

kuva 3. Havainnekuva sc70-paketin parhaista nopeus – /tehovalinnoista.

Sovellukset

tässä osiossa esitellään kolme sovellusta, jotka vaativat vertailua.
ensimmäinen esimerkkisovellus on tasonvaihtaja 3V-logiikasta 5V-logiikkaan. Kuten kuvassa 4, tämä piiri vaatii vain yhden verrokin, jossa on avoin tyhjennys lähtö kuten MAX986. Piiri tarjoaa suurta joustavuutta valita Jännitteet käännettävä. Se mahdollistaa myös bipolaarisen ±5V-logiikan kääntämisen unipolaariseksi 3v-logiikaksi MAX972: n avulla. Tässä sovelluksessa, huolehtia siitä, että mikään jännite ylittää suurimman sallitun jännitteen tahansa tappi ja että virta lähtö on rajoitettu riittävän suuri arvo pull-up vastus (katso MAX986: n absoluuttinen maksimi luokitukset sen tiedotteessa).

Kuva 4. Tason käännös 3V 5V logiikka.
kuvan 5 piiri ratkaisee toisen usein kohdatun ongelman. Konfiguroitu kuten on esitetty, yksi unipolaarinen vertailulaite muuntaa kaksisuuntaisen tulosignaalin (siniaalto tässä tapauksessa) unipolaariseksi digitaaliseksi lähtösignaaliksi. Tarvittava offsetjännite lasketaan seuraavasti:


kuva 5. Unipolaarinen vertailulaite kaksisuuntaisella tulosignaalilla.
kuten edellä kuviossa 5, kaksi samanarvoisia vastuksia (merkitty R4) luoda vertailijan matka kynnys on puoli Syöttöjännite. Kuvan 6 piirissä neljä vertailulähtöä muodostavat lämpömittarin mittarin, joka osoittaa yhden neljästä tulovirtatason alueesta. Shunt vastus muuntaa tulovirta jännite ja vastukset R1 ja R2 asettaa op-amp vahvistuksen tarpeen halutun viitejännite. Vastukset R4 – R7 merkitsevät kynnysarvoja halutuille digitaalilähdöille.

kuva 6. Ratkaistaan nykyinen mittaus johonkin neljästä alueesta.
samanlainen versio tästä artikkelista ilmestyi 1. heinäkuuta 2001 ECN-lehden numerossa.