Velge Riktig Komparator

komparatoren står ofte i skyggen av sin storebror, operasjonsforsterkeren (op amp). Dens ydmyke status kompenseres av funksjonene som skiller moderne komparatorer og gjør dem ideelle for deres grunnleggende oppgave: å sammenligne to spenninger. Denne artikkelen forklarer komparatorfunksjoner og beskriver parametrene som bør vurderes når du velger komparatorer.

Funksjonen til En Komparator

en komparator aksepterer to analoge signaler og produserer et binært signal ved utgangen, en funksjon av hvilken inngangsspenning er høyere. Utgangssignalet forblir konstant når differensial inngangsspenning endres. Når det beskrives på den måten, ligner komparatoren en 1-bit ADC.

Sammenligning Av Komparatorer og Op-Forsterkere

en op-forsterker som kjører uten negativ tilbakemelding, kan tjene som komparator, fordi høyspenningsforsterkningen gjør det mulig å løse svært små forskjeller i inngangsspenning. Op-forsterkere som brukes på denne måten, er generelt langsommere enn komparatorer og mangler andre spesielle egenskaper, som hysterese og interne referanser.
Komparatorer kan vanligvis ikke brukes som op-forsterkere. De er trimmet for å gi utmerket bytte ganger på bekostning av frekvens-respons korreksjon som gjør op forsterkere så allsidig. Den interne hysteresen som brukes i mange komparatorer, som forhindrer svingning ved utgangen, forhindrer også bruk som op-ampere.

Forsyningsspenning

Komparatorer opererer med samme forsyningsspenninger som brukes av op-forsterkere. Mange eldre komparatorer krever bipolar (f. eks., ±15V) eller unipolare forsyningsspenninger så høye SOM 36V. disse forsyningsspenningene brukes fortsatt i industrielle applikasjoner. for de fleste nye applikasjoner opererer komparatoren imidlertid innenfor rekkevidden av lave unipolare spenninger som vanligvis finnes i batteridrevne enheter. Moderne applikasjoner for komparatorer krever lavt strømforbruk, små pakker og (i noen tilfeller) en avstengningsfunksjon. KOMPARATORENE MAX919, MAX9119 OG MAX9019 arbeider for eksempel med spenninger fra 1,6 V Eller 1,8 V til 5,5 V, tegner maksimalt 1.2 hryva / 2 hryva over hele temperaturområdet, og er tilgjengelig I EN SOT23 OG SC70-pakke. MAX965 og MAX9100 familier av komparatorer opererer med forsyningsspenninger så lave som henholdsvis 1,6 V og 1,0 V. Se Tabell 1.
Tabell 1. MAX9015-MAX9020 Valgguide

Komparatorer i Små Pakker

Nano-drevne komparatorer i plassbesparende chip-skala pakker (UCSP) med en lav 1µ forsyningsstrøm, for EKSEMPEL MAX9025-MAX9098 familier, er ideelle for ultra-low-power system applikasjoner. TILGJENGELIG i små 5-pinners SC70 pakker, MAX9117-MAX9120 single-komparator familier har en ultra-lav 600na forsyningsstrøm med to utganger for å velge, push-pull eller open-drain. Se Tabell 2. Disse komparatorene er ideelle for alle 2-cellers batteriovervåkings – / administrasjonsapplikasjoner.
Tabell 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

Grunnleggende Komparatorfunksjoner

en komparator endrer normalt sin utgangsstatus når spenningen mellom inngangene krysser gjennom omtrent null volt. Små spenningsfluktuasjoner, alltid tilstede på inngangene, gir svært små spenningsforskjeller. Når spenningsforskjellen er nær null volt, kan det forårsake uønskede endringer i komparatorens utgangsstatus . For å forhindre denne utgangsoscillasjonen, er en liten hysterese av noen få millivolter integrert i mange moderne komparatorer. I stedet for ett byttepunkt introduserer hysterese to: en for stigende spenninger, og en for fallende spenninger (Figur 1). Forskjellen mellom turverdien på høyere nivå (VTRIP+) og turverdien på lavere nivå (VTRIP -) er lik hysteresespenningen (VHYST). For komparatorer med hysterese er offsetspenningen (VOS) ganske enkelt middelverdien AV VTRIP+ og VTRIP -.

Figur 1. Bytt terskler, hysterese og offset spenning.
for komparatorer uten hysterese er spenningsforskjellen mellom inngangene som trengs for å bytte komparatoren offsetspenningen, i stedet for nullspenningen som kreves av en ideell komparator. Imidlertid endres offsetspenningen (og dermed bryterspenningen) med temperatur og forsyningsspenning. En måling av denne avhengigheten er strømforsyningsavvisningsforholdet (psrr), som viser forholdet mellom en endring i nominell forsyningsspenning og den resulterende endringen i offsetspenning.
inngangene til en ideell komparator utviser uendelig høy inngangsmotstand, og dermed strømmer ingen strøm inn i inngangene. For faktiske komparatorer strømmer imidlertid strømmen som strømmer inn i deres innganger, også gjennom den indre motstanden til en spenningskilde som er festet til dem, og genererer dermed en feilspenning. Biasstrøm (IBIAS) er definert som medianverdien av de to komparator-inngangsstrømmene. FOR KOMPARATORFAMILIENE MAX917 OG MAX9117, for EKSEMPEL, er MAKSIMAL IBIAS-strøm 2nA over hele temperaturområdet, og mindre enn 1na VED romtemperatur, 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. Noen Maksimalkomparatorer benytter parallellkobling av to npn / pnp-inngangstrinn, som har tillatt inngangsspenninger så høye som 250mV utover hver forsyningsskinne. Slike enheter kalles Beyond-The-Rail komparatorer. Utvalget av input common-mode spenninger tilgjengelig kan bli funnet i komparator datablad. FOR EKSEMPEL HAR MAX9015-MAX9020, MAX9025-MAX9028 og MAX9117-MAX9120 nanopower-komparatorfamiliene alle fellesmodusinngangsspenningsområder som strekker seg 200mv utover skinnene. I motsetning til å bytte TO ESD – diodeklemmer som inngangstrinn, implementerer MAX9060-MAX9064-familien av komparatorer en annen inngangsstadiearkitektur, noe som gjør at inngangsspenningen kan overstige forsyningsspenningen med flere volt.

Komparatorutganger

fordi komparatorer bare har to utgangstilstander, er deres utganger nær null eller nær forsyningsspenningen. Bipolar rail-to-rail komparatorer har en felles-emitter utgang som produserer et lite spenningsfall mellom utgangen og hver skinne. Den dråpen er lik kollektor-til-emitterspenningen til en mettet transistor. Når utgangsstrømmene er lette, varierer utgangsspenningene TIL cmos rail-to-rail-komparatorer, som er avhengige av en mettet MOSFET, nærmere skinnene enn deres bipolare motstykker.Et kriterium for å velge en komparator er tiden utgangen tar for å endre tilstanden etter at et signal har blitt brukt ved inngangen. Denne forplantningstiden må utgjøre forplantningsforsinkelse gjennom komponenten og stige/fall ganger i utgangsdriveren også. EN veldig rask komparator SOM MAX961 OG MAX9010-MAX9013 har for eksempel en typisk forplantningsforsinkelse på bare 4,5 ns eller 5ns, og en stigningstid på 2.Henholdsvis 3ns og 3ns. (Husk at måling av forplantningsforsinkelse inkluderer en del av stigningstiden). Man bør merke seg de forskjellige påvirkningene som påvirker forplantningstiden(Figur 2). Disse faktorene inkluderer temperatur, lastkapasitans og spenningsdrift som overstiger brytergrensen (input overdrive). Forplantningstid kalles tPD – for inverterende inngang, og tPD+ for ikke-inverterende inngang. Forskjellen mellom tPD+ og tPD-kalles skew. Forsyningsspenningen har også en sterk effekt på forplantningstiden.

Figur 2. Effekten av ytre påvirkninger på forplantningstid.
for et gitt program, velg enten en komparator med høy hastighet eller en som sparer strøm. Maxim har en rekke ytelse for dette formålet: fra MAX919 (800nA, 30µs) til MAX9075 (6µA, 540ns); fra MAX998 (600µA, 20ns) til MAX961 (11mA, 4.5 ns); fra MAX9140(165µA, 40ns) til MAX9203 (1.3 mA, 7ns), og fra MAX9107 (350µA, 25ns) til MAX9010 (900µA, 5ns). MAX9010 (I EN SC70-pakke) representerer et nyttig kompromiss i disse parametrene, med en 5ns forplantningstid og 900µ forsyningsstrøm.
for ultrahøyhastighets ECL-og PECL-utganger med 500ps forplantningsforsinkelse, se delfamiliene MAX9600 / MAX9601 / MAX9602.

Kommentarer om Bestemte Komparatorer

den hyppigste applikasjonen for komparatorer er sammenligningen mellom en spenning og en stabil referanse. Maxim tilbyr ulike komparatorer der en referansespenning er integrert på brikken. Kombinere referanse og komparator i en chip sparer ikke bare plass, men trekker også mindre forsyningsstrøm enn en komparator med ekstern referanse. MAX9117 – enhetsfamilien krever for eksempel bare 1,6 µ maksimum (inkludert referanse) over hele temperaturområdet. MAX44268 krever bare 1.4 µ maksimum (inkludert referanse) over hele temperaturområdet. Presisjonen til en integrert referanse varierer vanligvis fra 1% til 4%. For høy nøyaktighet tilbyr imidlertid referanser I MAX9040-familien av komparatorer 0,4% innledende nøyaktighet og maksimalt 30ppm / °C temperaturdrift.
max9017/MAX9018, MAX923, MAX933 OG MAX967 / MAX968 doble komparatorer OG MAX973, MAX983, doble komparatorer med åpent avløp er ideelle for vinduskomparatorapplikasjoner. Fordi den integrerte referansen i alle disse enhetene kan koble til komparatorens inverterende eller ikke-inverterende inngang, kan overspenning og underspenningsterskler implementeres med bare tre eksterne motstander. Disse komponentene gir også en hysteresepinne. Ved å legge til to ekstra eksterne motstander, tillater denne pinnen tillegg av en hysteresegrense, som vist i Figur 1. NOEN komparatorer som MAX912/913 tilbyr komplementære utganger-dvs. to utganger som overgår i motsatt retning av hverandre for en endring av relativ inngangspolaritet.
Rask forplantning delay (1ms vanligvis på 5mV overdrive) GJØR MAX9201 / MAX9203 ideell for rask Adc og samplingskretser som mottakere, v / F omformere, og mange andre data-diskriminerende programmer. Andre høy hastighet, lav effekt komparatorer SOM MAX9107 / MAX9108 / MAX9109 er rimelige oppgraderinger til industristandard komparatorer, MAX907 / MAX908 / MAX909. MAX9013 ER en forbedret plug-in erstatning FOR industristandarden MAX913 OG LT1016 / LT1116. Den doble komparatoren, MAX9107, tilbys i en plassbesparende 8-pin SOT23-pakke. Enkeltkomparatoren, MAX9109, er tilgjengelig i en liten 6-pinners SC70, MENS quad-komparatoren, MAX9108, tilbys i en 14-pinners TSSOP. Se Tabell 4 Og figur 3.

Tabell 4. Ultra-Raske Komparatorer

Figur 3. Illustrasjon av de beste hastighets – / effektvalgene for en komparator I EN SC70-pakke.

Programmer

denne delen introduserer tre programmer som krever komparatorer.
det første eksempelet programmet er et nivå shifter FRA 3v logikk TIL 5V logikk. Som vist i Figur 4, krever denne kretsen bare en enkelt komparator med en åpen avløpsutgang som I MAX986. Kretsen gir stor fleksibilitet i valg av spenninger som skal oversettes. Det tillater også oversettelse av bipolar ±5v logikk til unipolar 3v logikk VED HJELP AV MAX972. I den applikasjonen må du passe på at ingen spenning overstiger maksimal spenning som er tillatt på en hvilken som helst pinne, og at strømmen i utgangen er begrenset av en tilstrekkelig storverdig trekkmotstand(se MAX986S Absolutte Maksimale Karakterer i databladet).

Figur 4. Nivå oversettelse FRA 3V TIL 5v logikk.
kretsen I Figur 5 løser et annet problem som ofte oppstår. Konfigurert som vist, konverterer en enkelt unipolar komparator et bipolar inngangssignal (en sinusbølge i dette tilfellet) til et unipolart digitalt utgangssignal. Den nødvendige offset spenningen beregnes som:


Figur 5. Unipolar komparator med bipolar inngangssignal.
som vist ovenfor i Figur 5, etablerer to likeverdige motstander (merket R4) komparatorens turgrense ved halv forsyningsspenningen. I kretsen I Figur 6 danner fire komparatorutganger en termometermåler som indikerer en av fire områder for inngangsstrømnivået. Shuntmotstanden konverterer inngangsstrømmen til en spenning, og motstandene R1 Og R2 stiller op-amp-forsterkningen etter behov for ønsket referansespenningsnivå. Motstandene R4 Til R7 angir terskler for de ønskede digitale utgangene.

Figur 6. Løse en nåværende måling i ett av fire områder.en lignende versjon av denne artikkelen dukket opp i 1. juli 2001 utgaven AV ECN magazine.