a megfelelő komparátor kiválasztása

a komparátor gyakran nagy testvére, az operációs erősítő (op amp) árnyékában áll. Szerény állapotát ellensúlyozzák azok a tulajdonságok, amelyek megkülönböztetik a modern komparátorokat, és ideálissá teszik őket alapvető feladatukhoz: a két feszültség összehasonlításához. Ez a cikk ismerteti a komparátor jellemzőit, és ismerteti azokat a paramétereket, amelyeket figyelembe kell venni a komparátorok kiválasztásakor.

A komparátor funkciója

a komparátor két analóg jelet fogad el, és bináris jelet állít elő a kimeneten, amelynek függvénye a bemeneti feszültség magasabb. A kimeneti jel állandó marad, amikor a differenciál bemeneti feszültség megváltozik. Ha így írják le, az összehasonlító egy 1 bites ADC-hez hasonlít.

A komparátorok és az Op erősítők összehasonlítása

A negatív visszacsatolás nélkül futó op erősítő komparátorként szolgálhat, mivel nagyfeszültségű nyeresége lehetővé teszi a bemeneti feszültség nagyon kis különbségeinek megoldását. Az így használt op erősítők általában lassabbak, mint a komparátorok, és hiányoznak más speciális jellemzők, például hiszterézis és belső referenciák.
a komparátorok általában nem használhatók op erősítőként. Úgy vannak vágva, hogy kiváló kapcsolási időket biztosítsanak a frekvencia-válasz korrekció rovására, amely az op erősítőket olyan sokoldalúvá teszi. A sok komparátorban alkalmazott belső hiszterézis, amely megakadályozza az oszcillációt a kimeneten, megakadályozza azok op erősítőként történő használatát is.

tápfeszültség

A komparátorok ugyanolyan tápfeszültséggel működnek, mint az op erősítők. Sok régebbi komparátor bipoláris (pl., 15V) vagy unipoláris tápfeszültség olyan magas, mint 36V. ezeket a tápfeszültségeket továbbra is ipari alkalmazásokban használják.
a legtöbb új alkalmazás esetében azonban a komparátor az alacsony unipoláris feszültségek tartományán belül működik, amelyek általában az akkumulátorral működtetett eszközökben találhatók. A komparátorok Modern alkalmazásai alacsony áramfogyasztást, kis csomagokat és (egyes esetekben) leállítási funkciót igényelnek. A MAX919, MAX9119 és MAX9019 komparátorok például 1,6 V vagy 1,8 V-tól 5,5 V-ig terjedő feszültséggel működnek, legfeljebb 1-et húznak.2 ACL / 2 ACL a teljes hőmérsékleti tartományban, és SOT23 és SC70 csomagolásban kaphatók. A max965 és MAX9100 komparátorcsaládok 1,6 V, illetve 1,0 V tápfeszültséggel működnek. Lásd Az 1. Táblázatot.
1. táblázat. MAX9015-MAX9020 kiválasztási útmutató

komparátorok apró csomagokban

Nano-meghajtású komparátorok helytakarékos chip-skála csomagokban (UCSP), alacsony 1 caitia tápárammal, mint például a MAX9025-MAX9098 családok, ideálisak ultra-alacsony fogyasztású rendszeralkalmazásokhoz. A kis 5 tűs SC70 csomagokban kapható MAX9117-MAX9120 egykomparátor családok rendkívül alacsony 600na tápárammal rendelkeznek, két kimenettel, amelyek közül választhat, push-pull vagy nyitott lefolyó. Lásd A 2. Táblázatot. Ezek a komparátorok ideálisak minden 2 cellás akkumulátor-felügyeleti / felügyeleti alkalmazáshoz.
2. táblázat. 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

alapvető összehasonlító jellemzők

a komparátor általában megváltoztatja kimeneti állapotát, amikor a bemenetei közötti feszültség körülbelül nulla Volton halad át. A bemeneteken mindig jelen lévő kis feszültségingadozások nagyon kis feszültségkülönbségeket eredményeznek. Ha a feszültségkülönbség nulla volt közelében van, nemkívánatos változásokat okozhat a komparátor kimeneti állapotában . Ennek a kimeneti oszcillációnak a megakadályozása érdekében néhány millivoltos kis hiszterézist integrálnak sok modern komparátorba. Egy kapcsolási pont helyett a hiszterézis kettőt vezet be: az egyik a növekvő feszültségekhez, a másik a csökkenő feszültségekhez (1.ábra). A magasabb szintű útérték (VTRIP+) és az alacsonyabb szintű útérték (VTRIP -) közötti különbség megegyezik a hiszterézis feszültséggel (VHYST). A hiszterézissel rendelkező komparátorok esetében az offset feszültség (vos) egyszerűen a vtrip+ és a VTRIP-átlagértéke.

1. ábra. Kapcsolási küszöbértékek, hiszterézis és offset feszültség.
hiszterézis nélküli komparátorok esetében a komparátor váltásához szükséges bemenetek közötti feszültségkülönbség az eltolt feszültség, nem pedig az ideális komparátor által megkövetelt nulla feszültség. Az eltolt feszültség (és ennek következtében a kapcsolási feszültség) azonban a hőmérséklet és a tápfeszültség függvényében változik. Ennek a függőségnek az egyik mérése a tápellátás elutasítási aránya (PSRR), amely a Névleges tápfeszültség változása és az ebből eredő eltolt feszültség változása közötti kapcsolatot mutatja.
Az ideális komparátor bemenetei végtelenül nagy bemeneti ellenállást mutatnak, így a bemeneteibe nem áramlik áram. A tényleges komparátorok esetében azonban a bemeneteikbe áramló áramok bármely hozzájuk csatlakoztatott feszültségforrás belső ellenállásán keresztül is áramlanak, így hibafeszültséget generálnak. Az elfogultsági áramot (IBIAS) a két komparátor-bemeneti áram mediánértékeként definiáljuk. A MAX917 és MAX9117 komparátorcsaládok esetében például az IBIAS maximális áramerőssége 2NA a teljes hőmérsékleti tartományban, és szobahőmérsékleten kevesebb, mint 1NA, 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. Néhány Maxim komparátor két NPN/pnp bemeneti szakasz párhuzamos kapcsolását alkalmazza, amely lehetővé tette a bemeneti feszültségek akár 250 mV-ot is az egyes tápvezetékeken túl. Az ilyen eszközöket vasúti komparátoroknak nevezik. A rendelkezésre álló bemeneti közös módú feszültségek tartománya megtalálható az összehasonlító adatlapján. Például a MAX9015-MAX9020, MAX9025-MAX9028 és MAX9117-MAX9120 nanopower komparátorcsaládok közös módú bemeneti feszültségtartományokkal rendelkeznek, amelyek 200 mV-ot tesznek ki a síneken túl. Ellentétben a két ESD dióda bilincs bemeneti fokozatként történő kapcsolásával, a MAX9060-MAX9064 komparátorcsalád más bemeneti szakasz architektúrát valósít meg, amely lehetővé teszi, hogy bemeneti feszültségük több voltos feszültséggel meghaladja a tápfeszültséget.

komparátor kimenetek

mivel a komparátoroknak csak két kimeneti állapota van, kimeneteik nulla közelében vagy a tápfeszültség közelében vannak. A bipoláris vasúti-vasúti komparátorok közös emitter kimenettel rendelkeznek, amely kis feszültségesést eredményez a kimenet és az egyes sínek között. Ez a csepp megegyezik a telített tranzisztor kollektor-emitter feszültségével. Ha a kimeneti áramok könnyűek, a telített MOSFETRE támaszkodó CMOS vasúti-vasúti komparátorok kimeneti feszültsége közelebb áll a sínekhez, mint bipoláris társaik.
a komparátor kiválasztásának egyik kritériuma az az idő, amikor a kimenet megváltoztatja az állapotát, miután a jelet a bemenetére alkalmazták. Ennek a terjedési időnek figyelembe kell vennie az alkatrészen keresztüli terjedési késleltetést, valamint a kimeneti meghajtóban lévő emelkedési/esési időket is. Egy nagyon gyors komparátor, mint például a MAX961 és a MAX9010-MAX9013, tipikus terjedési késleltetése csak 4,5 ns vagy 5ns, és emelkedési ideje 2.3ns, illetve 3ns. (Ne feledje, hogy a terjedési késleltetés mérése magában foglalja az emelkedési idő egy részét). Meg kell jegyezni a különböző hatásokat, amelyek befolyásolják a terjedési időt (2.ábra). Ezek a tényezők magukban foglalják a hőmérsékletet, a terhelési kapacitást és a kapcsolási küszöböt meghaladó feszültségmeghajtást (bemeneti túlhajtás). A terjedési időt TPD – nek nevezzük az invertáló bemenethez, a TPD+ pedig a nem invertáló bemenethez. A TPD+ és a tPD közötti különbséget ferdenek nevezzük. A tápfeszültség szintén erősen befolyásolja a terjedési időt.

2. ábra. A külső hatások hatása a terjedési időre.
egy adott alkalmazáshoz válassza ki a nagy sebességű komparátort vagy az energiát megtakarító eszközt. Maxim széles választékát kínálja teljesítmény erre a célra: a MAX919 (800nA, 30µs) a MAX9075 (6µA, 540ns); a MAX998 (600µA, 20ns) a MAX961 (11mA, 4.5 ns); a MAX9140(165µA, 40ns) a MAX9203 (1.3 anya, 7ns); valamint a MAX9107 (350µA, 25ns) a MAX9010 (900µA, 5ns). A MAX9010 (SC70 csomagban) hasznos kompromisszumot jelent ezekben a paraméterekben, 5NS terjedési idővel és 900 CBA tápárammal.
Az ultra-nagy sebességű ECL és PECL kimenetek 500ps késleltetéssel, lásd a MAX9600 / MAX9601 / MAX9602 részcsaládok.

Megjegyzések Az egyes Komparátorokról

a komparátorok leggyakoribb alkalmazása a feszültség és a stabil referencia összehasonlítása. A Maxim különféle komparátorokat kínál, amelyekben referenciafeszültség van beépítve a chipbe. A referencia és a komparátor egyetlen chipben történő kombinálása nemcsak helyet takarít meg, hanem kevesebb tápáramot is vonz, mint egy külső referenciával rendelkező komparátor. A MAX9117 készülékcsalád például csak 1, 6 con-ra van szükség (beleértve a referenciát is) a teljes hőmérsékleti tartományban. A MAX44268 a teljes hőmérsékleti tartományban csak 1,4 caitia maximumot igényel (beleértve a referenciát is). Az integrált referencia pontossága általában 1% – tól 4% – ig terjed. A nagy pontosság érdekében azonban a max9040 komparátorcsalád referenciái 0,4% – os kezdeti pontosságot és maximális 30 ppm/C hőmérséklet-eltolódást kínálnak.
A MAX9017 / MAX9018, MAX923, MAX933 és MAX967/MAX968 kettős komparátorok és a nyílt lefolyású max973, MAX983, kettős komparátorok ideálisak ablak-komparátor alkalmazásokhoz. Mivel az összes ilyen eszköz integrált referenciája képes kapcsolódni a komparátor invertáló vagy nem invertáló bemenetéhez, a túlfeszültség és az alulfeszültség küszöbértékek csak három külső ellenállással valósíthatók meg. Ezek az összetevők hiszterézis csapot is biztosítanak. Két további külső ellenállás hozzáadásával ez a csap lehetővé teszi hiszterézis küszöb hozzáadását, amint azt az 1.ábra mutatja. Egyes komparátorok, például a MAX912/913 kiegészítő kimeneteket kínálnak – azaz két kimenetet, amelyek egymással ellentétes irányba haladnak a relatív bemeneti polaritás megváltoztatása érdekében.
gyors terjedési késleltetés (1ms jellemzően 5MV overdrive) teszi a MAX9201/MAX9203 ideális gyors ADC és mintavételi áramkörök, mint a vevők, V / F átalakítók, és sok más adat-megkülönböztető alkalmazások.

más nagy sebességű, alacsony fogyasztású komparátorok, mint például a MAX9107 / MAX9108/MAX9109, alacsony költségű frissítések az ipari szabványú komparátorokhoz, MAX907/MAX908 / MAX909. A MAX9013 egy továbbfejlesztett plug-in csere az ipari szabvány MAX913 és LT1016 / LT1116. A kettős komparátort, a MAX9107-et helytakarékos 8 tűs SOT23 csomagban kínálják. Az egyetlen komparátor, a MAX9109 egy apró 6 tűs SC70-ben kapható, míg a quad komparátor, MAX9108, 14 tűs TSSOP-ban kapható. Lásd a 4. táblázatot és a 3.ábrát.
4. táblázat. Ultragyors komparátorok

3. ábra. Illusztráció a legjobb sebesség/teljesítmény választás egy komparátor egy SC70 csomagot.

Alkalmazások

ez a szakasz három olyan alkalmazást mutat be, amelyek összehasonlítót igényelnek.
az első példa alkalmazás egy szintváltó 3V logika 5V logika. Amint az A 4. ábrán látható, ehhez az áramkörhöz csak egyetlen komparátor szükséges, nyitott leeresztő kimenettel, mint a MAX986-ban. Az áramkör nagy rugalmasságot biztosít a lefordítandó feszültségek kiválasztásában. Ez lehetővé teszi a bipoláris 5V logika fordítását unipoláris 3V logikává a MAX972 használatával. Ebben az alkalmazásban ügyeljen arra, hogy egyetlen feszültség sem haladja meg a csapokon megengedett maximális feszültséget, és hogy a kimenetbe áramló áramot egy kellően nagy értékű felhúzó ellenállás korlátozza (lásd a MAX986 abszolút maximális értékeit az adatlapján).

4. ábra. Szint fordítás 3V-ról 5V logikára.
az 5. ábra egy másik gyakran előforduló problémát old meg. Az ábrán látható módon konfigurálva egyetlen egypólusú komparátor átalakítja a bipoláris bemeneti jelet (ebben az esetben szinuszhullám) egypólusú digitális kimeneti jellé. A szükséges eltolási feszültséget a következőképpen számítjuk ki:


5. ábra. Unipoláris komparátor bipoláris bemeneti jellel.
amint az az 5. ábrán látható, két egyenlő értékű ellenállás (R4 jelöléssel) a tápfeszültség felénél állapítja meg a komparátor kioldási küszöbét. A 6. ábra szerinti áramkörben négy komparátor kimenet hőmérőt képez, amely a bemeneti áramszint négy tartományának egyikét jelzi. A sönt ellenállás A bemeneti áramot feszültséggé alakítja,az R1 és R2 ellenállások pedig az op-amp erősítést állítják be a kívánt referenciafeszültség-szinthez. Az R4-R7 ellenállások a kívánt digitális kimenetek küszöbértékeit jelölik.

6. ábra. Az aktuális mérés megoldása a négy tartomány egyikébe.
hasonló változata ezt a cikket megjelent a július 1, 2001 számában ECN magazin.