selecionando o comparador direito

o comparador muitas vezes fica na sombra de seu irmão mais velho, o amplificador operacional (op amp). O seu estatuto humilde é compensado pelas características que distinguem os comparadores modernos e os tornam ideais para a sua tarefa básica: comparar duas tensões. Este artigo explica as características do comparador e descreve os parâmetros que devem ser considerados na selecção dos comparadores.

a função de um comparador

um comparador aceita dois sinais analógicos e produz um sinal binário na saída, uma função da qual a tensão de entrada é maior. O sinal de saída permanece constante à medida que a tensão de entrada diferencial muda. Quando descrito dessa forma, o comparador se assemelha a um ADC de 1-bit.

comparando comparadores e amperes de Op

um amp De op correndo sem feedback negativo pode servir como um comparador, porque o seu ganho de alta tensão permite-lhe resolver diferenças muito pequenas na tensão de entrada. Os amps de Op usados desta forma são geralmente mais lentos que os comparadores e carecem de outras características especiais, tais como histerese e referências internas.comparadores geralmente não podem ser usados como amperes de op. Eles são aparados para fornecer excelentes tempos de comutação à custa da correção frequência-resposta que torna os amperes op tão versáteis. A histerese interna empregada em muitos comparadores, que impede a oscilação na saída, também impede o seu uso como amperes de op.

Tensão de alimentação

os comparadores operam com as mesmas tensões de alimentação usadas por amps de op. Muitos comparadores mais antigos requerem bipolaridade (e.g., ±15V) ou tensões de alimentação unipolar até 36V. estas tensões de alimentação são ainda utilizadas em aplicações industriais.
para a maioria das novas aplicações, no entanto, o comparador opera dentro da Gama de baixas tensões unipolares tipicamente encontradas em dispositivos operados por baterias. Aplicações modernas para comparadores requerem baixo consumo atual, pequenos pacotes e (em alguns casos) uma função de desligamento. Os comparadores MAX919, MAX9119 e MAX9019, por exemplo, trabalham com tensões de 1,6 V ou 1,8 V a 5,5 V, desenhando um máximo de 1.2µA / 2µA em toda a gama de temperaturas, e estão disponíveis em pacotes SOT23 e SC70. As famílias MAX965 e MAX9100 de comparadores operam com tensões de alimentação tão baixas como 1,6 V e 1,0 V, respectivamente. Ver Quadro 1.
Tabela 1. MAX9015-MAX9020 Selection Guide

Comparadores em pequenos Pacotes

Nano-alimentado comparadores no espaço chip de poupança de escala pacotes (UCSP), com um baixo 1µA corrente de alimentação, tais como a MAX9025-MAX9098 famílias, são ideais para ultra-baixa potência de aplicativos do sistema. Disponível em pequenos pacotes SC70 de 5 pinos, as famílias de comparação única MAX9117-MAX9120 apresentam uma corrente de fornecimento ultra-baixa de 600nA com duas saídas das quais selecionar, empurrar-puxar ou abrir-dreno. Ver Quadro 2. Estes comparadores são ideais para todas as aplicações de monitorização/gestão de baterias de 2 células.
Tabela 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

características básicas de comparação

um comparador normalmente muda o seu estado de saída quando a tensão entre as suas entradas atravessa aproximadamente zero volts. Pequenas flutuações de tensão, sempre presentes nas entradas, produzem diferenças de tensão muito pequenas. Quando a diferença de tensão está perto de zero volts, pode causar alterações indesejáveis no estado de saída do comparador . Para evitar esta oscilação de saída, uma pequena histerese de alguns milivolts é integrada em muitos comparadores modernos. No lugar de um ponto de comutação, a histerese introduz dois: uma para as tensões crescentes e outra para as tensões em queda (Figura 1). A diferença entre o valor da viagem de nível mais elevado (VTRIP+) e o valor da viagem de nível mais baixo (VTRIP -) é igual à tensão de histerese (VHYST). Para comparadores com histerese, a tensão de offset (VOS) é simplesmente o valor médio de VTRIP+ e VTRIP-.

Figura 1. Limiar de troca, histerese e tensão de offset.
para comparadores sem histerese, a diferença de tensão entre as entradas necessárias para mudar o comparador é a tensão de offset, ao invés da tensão zero exigida por um comparador ideal. No entanto, a tensão de offset (e, consequentemente, a tensão de comutação) muda com a temperatura e tensão de alimentação. Uma medição dessa dependência é a razão de rejeição da fonte de alimentação (PSRR), que mostra a relação entre uma mudança na tensão nominal de alimentação e a mudança resultante na tensão de offset.
As entradas de um comparador ideal exibem uma resistência de entrada infinitamente alta, e assim nenhuma corrente flui em suas entradas. Para os comparadores reais, no entanto, as correntes que fluem em suas entradas também fluem através da resistência interna de qualquer fonte de tensão que está ligada a eles, gerando assim uma tensão de erro. A corrente de polarização (IBIAS) é definida como o valor mediano das duas correntes comparadoras de entrada. Para as famílias comparadoras MAX917 e MAX917, por exemplo, a corrente máxima de IBIAS é 2nA em toda a gama de temperaturas, e menos de 1nA em temperaturas ambientes, 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. Alguns comparadores de Maxim utilizam a comutação paralela de duas fases de entrada npn/pnp, o que permitiu tensões de entrada tão elevadas como 250 MV para além de cada carril de alimentação. Tais dispositivos são chamados de comparadores além do Carril. A gama de tensões de modo comum de entrada disponível pode ser encontrada na folha de dados do comparador. Por exemplo, as famílias de comparação de nanopower MAX9015-MAX9020, MAX9025-MAX9028 e MAX9117-MAX9120 têm gamas de tensão de entrada de modo comum que se estendem 200mV além dos carris. Ao contrário de alternar dois grampos de díodo ESD como estágio de entrada, a família MAX9060-MAX9064 de comparadores implementam uma arquitetura de estágio de entrada diferente, que permite que sua tensão de entrada exceda a tensão de alimentação por vários volts.

Saídas comparativas

porque os comparadores têm apenas dois estados de saída, suas saídas estão perto de zero ou perto da tensão de alimentação. Os comparadores bipolares ferroviário-ferroviário têm um emissor comum que produz uma pequena queda de tensão entre a saída e cada carril. Essa queda é igual à voltagem coletor-emissor de um transistor saturado. Quando as correntes de saída são leves, as tensões de saída dos comparadores CMOS rail-to-rail, que dependem de um MOSFET saturado, variam mais perto dos trilhos do que os seus homólogos bipolares.
um critério para selecionar um comparador é o tempo que sua saída leva para alterar seu estado após um sinal ter sido aplicado em sua entrada. Este tempo de propagação deve ter em conta o atraso de propagação através do componente e os tempos de subida/queda no condutor de saída também. Um comparador muito rápido como o MAX961, e MAX9010-MAX9013, por exemplo, tem um atraso de propagação típico de apenas 4,5 ns ou 5ns, e um tempo de ascensão de 2.3ns e 3ns, respectivamente. (Lembre-se que a medição do atraso de propagação inclui uma parte do tempo de subida). Deve-se notar as diferentes influências que afetam o tempo de propagação (Figura 2). Estes fatores incluem Temperatura, Capacitância de carga e tensão acima do limiar de comutação (overdrive de entrada). O tempo de propagação é chamado tPD-para a entrada inversa, e tPD+ para a entrada não-inversa. A diferença entre tPD+ e tPD – é chamada skew. A tensão de alimentação também tem um forte efeito sobre o tempo de propagação.

Figura 2. O efeito de influências externas sobre o tempo de propagação.
para uma determinada aplicação, selecione um comparador com alta velocidade ou um que economize energia. Maxim oferece uma gama de desempenho para esta finalidade: a partir do MAX919 (800nA, 30µs) para o MAX9075 (6µA, 540ns); a partir do MAX998 (600µA, 20ns) para o MAX961 (11mA, 4.5 ns); a partir do MAX9140(165µA, 40ns) para o MAX9203 (1.3 mA, 7ns); e, a partir do MAX9107 (350µA, 25ns) para o MAX9010 (900µA, 5ns). O MAX9010 (num pacote SC70) representa um compromisso útil nestes parâmetros, com um tempo de propagação 5ns e Corrente de fornecimento 900µA. para as saídas ultra-alta velocidade ECL e PECL com retardamento de propagação 500ps, ver as famílias MAX9600 / MAX9601/MAX9602.

Comments about Particular Comparators

The most frequent application for comparators is the comparison between a voltage and a stable reference. A Maxim oferece vários comparadores em que uma tensão de referência é integrada no chip. Combinando a referência e o comparador em um chip não só economiza espaço, mas também desenha menos corrente de fornecimento do que um comparador com uma referência externa. A família de dispositivos MAX9117, por exemplo, requer apenas 1,6 µA máximo (incluindo referência) em toda a gama de temperaturas. O MAX44268 requer apenas 1,4 µA máximo (incluindo referência) em toda a gama de temperaturas. A precisão de uma referência integrada varia tipicamente de 1% a 4%. Para alta precisão, no entanto, as referências na família MAX9040 de comparadores oferecem uma precisão inicial de 0,4% e um desvio máximo de temperatura de 30pppm/°C.
O MAX9017/MAX9018, MAX923, MAX933 e MAX967/MAX968 dupla comparadores e a abrir-dreno de saída de MAX973, MAX983, dupla comparadores são ideais para a janela-comparador de aplicações. Uma vez que a referência integrada dentro de todos estes dispositivos pode ligar-se à entrada inversa ou não-inversa do comparador, a sobretensão e os limiares de sub-voltagem podem ser implementados com apenas três resistências externas. Estes componentes também fornecem um pin de histerese. Adicionando duas resistências externas adicionais, Este pino permite a adição de um limiar de histerese, como mostrado na Figura 1. Alguns comparadores, como o MAX912/913, oferecem Saídas complementares-ou seja, duas saídas que transitam na direção oposta uma da outra para uma mudança de polaridade de entrada relativa.atraso de propagação rápida (1ms tipicamente a 5mV overdrive) torna o MAX9201/MAX9203 ideal para ADCs rápidos e circuitos de amostragem como receptores, conversores V/F, E muitas outras aplicações discriminadoras de dados. outros comparadores de alta velocidade, de baixa potência, como o MAX9107 / MAX9108 / MAX9109 são atualizações de baixo custo para os comparadores padrão da indústria, MAX907/MAX908 / MAX909. O MAX9013 é um plug-in melhorado para a indústria-padrão MAX913 e LT1016 / LT1116. O dual comparator, MAX9107, é oferecido em um pacote SOT23 de 8 pinos de economia de espaço. O comparador único, MAX9109, está disponível em um pequeno SC70 de 6 pinos, enquanto o comparador quad, MAX9108, é oferecido em um TSSOP de 14 pinos. Ver Quadro 4 e Figura 3.

Tabela 4. Ultra-Rápido Comparadores

Figura 3. Ilustração das melhores opções de velocidade / potência para um comparador num pacote SC70.

Applications

this section introduces three applications that require comparators.
O primeiro exemplo de aplicação é um metamorfo de nível da lógica 3V para a lógica 5V. Como mostrado na Figura 4, este circuito requer apenas um único comparador com uma saída de dreno aberto como no MAX986. O circuito oferece grande flexibilidade na escolha das tensões a serem traduzidas. Ele também permite a tradução da lógica bipolar ±5V para a lógica unipolar 3V usando o MAX972. Nessa aplicação, certifique-se de que nenhuma tensão excede a tensão máxima permitida em qualquer pino e que a corrente na saída é limitada por um resistor pull-up de valor suficientemente grande (ver as classificações máximas absolutas de MAX986 na sua folha de dados).

Figura 4. Tradução de nível de 3V para 5V lógica.o circuito da Figura 5 resolve outro problema frequentemente encontrado. Configurado como mostrado, um único comparador unipolar converte um sinal de entrada bipolar (uma onda sinusal neste caso) para um sinal de saída digital unipolar. A tensão de offset requerida é calculada como:


Figura 5. Comparador Unipolar com sinal de entrada bipolar.como mostrado acima na Figura 5, duas resistências de igual valor (rotulado R4) estabelecem o limiar de trip do comparador em metade da tensão de alimentação. No circuito da Figura 6, quatro saídas comparadoras formam um termómetro que indica uma de quatro gamas para o nível de corrente de entrada. A resistência do shunt converte a corrente de entrada para uma tensão, e as resistências R1 e R2 ajustam o ganho op-amp conforme necessário para o nível desejado de tensão de referência. As resistências R4 a R7 denotam limiares para as saídas digitais desejadas.

Figura 6. Resolução de uma medição de corrente em um de quatro intervalos.
Uma versão similar deste artigo apareceu na edição de 1 de julho de 2001 da revista ECN.