selectarea comparatorului potrivit

comparatorul stă adesea în umbra fratelui său mai mare, amplificatorul operațional (op amp). Statutul său umil este compensat de caracteristicile care disting comparatoarele moderne și le fac ideale pentru sarcina lor de bază: compararea a două tensiuni. Acest articol explică caracteristicile comparatorului și descrie parametrii care trebuie luați în considerare la selectarea comparatorilor.

funcția unui Comparator

un comparator acceptă două semnale analogice și produce un semnal binar la ieșire, o funcție a cărei tensiune de intrare este mai mare. Semnalul de ieșire rămâne constant pe măsură ce tensiunea de intrare diferențială se schimbă. Când este descris în acest fel, comparatorul seamănă cu un ADC pe 1 bit.

Compararea comparatoarelor și amperilor Op

un amplificator op care funcționează fără feedback negativ poate servi drept comparator, deoarece câștigul său de înaltă tensiune îi permite să rezolve diferențe foarte mici în tensiunea de intrare. Amplificatoarele Op utilizate în acest mod sunt, în general, mai lente decât comparatoarele și nu au alte caracteristici speciale, cum ar fi histerezisul și referințele interne.comparatoarele nu pot fi utilizate în general ca amperi op. Acestea sunt tăiate pentru a oferi timpi de comutare excelenți în detrimentul corecției frecvență-răspuns care face amplificatoarele op atât de versatile. Histerezisul intern utilizat în multe comparatoare, care împiedică oscilația la ieșire, împiedică, de asemenea, utilizarea lor ca amperi op.

tensiunea de alimentare

comparatoarele funcționează cu aceleași tensiuni de alimentare utilizate de amperi op. Mulți comparatori mai vechi necesită bipolare (de ex. 15v) sau tensiuni de alimentare unipolare de până la 36V. aceste tensiuni de alimentare sunt încă utilizate în aplicații industriale. cu toate acestea, pentru majoritatea aplicațiilor noi, comparatorul funcționează în intervalul de tensiuni unipolare scăzute care se găsesc de obicei în dispozitivele cu baterii. Aplicațiile moderne pentru comparatoare necesită un consum redus de curent, pachete mici și (în unele cazuri) o funcție de oprire. Comparatoarele MAX919, MAX9119 și MAX9019, de exemplu, funcționează cu tensiuni de la 1,6 V sau 1,8 V la 5,5 V, trag maximum 1.2 oqua / 2 oqua pe întregul interval de temperatură și sunt disponibile în pachete SOT23 și SC70. Familiile de comparatoare MAX965 și MAX9100 funcționează cu tensiuni de alimentare de până la 1,6 V și, respectiv, 1,0 V. A Se Vedea Tabelul 1.
Tabelul 1. MAX9015 – Max9020 Ghid de selecție

comparatoare în pachete mici

Nano-powered comparatoare în spațiu de economisire chip-scale pachete (UCSP) cu un curent de alimentare redus 1 oqua, cum ar fi familiile MAX9025-MAX9098, sunt ideale pentru aplicații de sistem ultra-low-power. Disponibil în pachete mici cu 5 pini SC70, familiile cu un singur comparator MAX9117-MAX9120 au un curent de alimentare ultra-scăzut de 600na cu două ieșiri din care să selecteze, să împingă sau să deschidă scurgerea. A Se Vedea Tabelul 2. Aceste comparatoare sunt ideale pentru toate aplicațiile de monitorizare/gestionare a bateriilor cu 2 celule.
Tabelul 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

caracteristici de bază ale comparatorului

un comparator își schimbă în mod normal starea de ieșire atunci când tensiunea dintre intrările sale trece prin aproximativ zero volți. Fluctuațiile mici de tensiune, întotdeauna prezente pe intrări, produc diferențe de tensiune foarte mici. Când diferența de tensiune este aproape de zero volți, poate provoca modificări nedorite în starea de ieșire a comparatorului . Pentru a preveni această oscilație de ieșire, o mică Histerezis de câțiva milivolți este integrată în multe comparatoare moderne. În locul unui punct de comutare, histerezisul introduce două: una pentru creșterea tensiunilor și una pentru scăderea tensiunilor (Figura 1). Diferența dintre valoarea de declanșare de nivel superior (VTRIP+) și valoarea de declanșare de nivel inferior (VTRIP -) este egală cu tensiunea de histerezis (VHYST). Pentru comparatoarele cu histerezis, tensiunea de offset (VOS) este pur și simplu valoarea medie a VTRIP+ și VTRIP-.

Figura 1. Comutați pragurile, histerezisul și tensiunea offset.
pentru comparatoarele fără Histerezis, diferența de tensiune dintre intrările necesare pentru a comuta comparatorul este tensiunea offset, mai degrabă decât tensiunea zero cerută de un comparator ideal. Cu toate acestea, tensiunea de offset (și, în consecință, tensiunea de comutare) se modifică odată cu temperatura și tensiunea de alimentare. O măsurare a acestei dependențe este raportul de respingere a sursei de alimentare (PSRR), care arată relația dintre o modificare a tensiunii nominale de alimentare și modificarea rezultată a tensiunii offset.intrările unui comparator ideal prezintă o rezistență infinit de mare la intrare și, prin urmare, nu curge curent în intrările sale. Cu toate acestea, pentru comparatoarele reale, curenții care curg în intrările lor curg și prin rezistența internă a oricărei surse de tensiune care este atașată la ele, generând astfel o tensiune de eroare. Curentul de polarizare (IBIAS) este definit ca valoarea mediană a celor doi curenți de intrare comparator. Pentru familiile de comparatoare MAX917 și MAX9117, de exemplu, curentul IBIAS maxim este de 2nA pe întregul interval de temperatură și mai mic de 1nA la temperaturile camerei, TA = +25 ct. 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. Unele comparatoare Maxim utilizează comutarea paralelă a două etape de intrare NPN / pnp, ceea ce a permis tensiuni de intrare de până la 250mv dincolo de fiecare șină de alimentare. Astfel de dispozitive sunt numite comparatoare dincolo de calea ferată. Gama de tensiuni de intrare în mod comun disponibile poate fi găsită în fișa tehnică a comparatorului. De exemplu, familiile de comparatoare NANOPOWER MAX9015-MAX9020, MAX9025-MAX9028 și MAX9117-MAX9120 au toate intervale de tensiune de intrare în mod comun care se extind cu 200mv dincolo de șine. Spre deosebire de comutarea a două cleme de diodă ESD ca etapă de intrare, familia de comparatoare MAX9060-MAX9064 implementează o arhitectură diferită a etapei de intrare, care permite tensiunii lor de intrare să depășească tensiunea de alimentare cu câțiva volți.

ieșirile comparatorului

deoarece comparatoarele au doar două stări de ieșire, ieșirile lor sunt aproape de zero sau aproape de tensiunea de alimentare. Comparatoarele bipolare feroviar-feroviar au o ieșire de emițător comun care produce o mică cădere de tensiune între ieșire și fiecare șină. Această scădere este egală cu tensiunea colector-emițător a unui tranzistor saturat. Când curenții de ieșire sunt ușori, tensiunile de ieșire ale comparatoarelor CMOS feroviar-feroviar, care se bazează pe un MOSFET saturat, variază mai aproape de șine decât omologii lor bipolari.
un criteriu pentru selectarea unui comparator este timpul necesar ieșirii sale pentru a-și modifica starea după ce un semnal a fost aplicat la intrarea sa. Acest timp de propagare trebuie să țină cont de întârzierea propagării prin componentă și de timpii de creștere/cădere în driverul de ieșire. Un comparator foarte rapid, cum ar fi MAX961 și MAX9010-MAX9013, de exemplu, are o întârziere tipică de propagare de numai 4,5 ns sau 5NS și un timp de creștere de 2.3ns și, respectiv, 3NS. (Amintiți-vă că măsurarea întârzierii de propagare include o parte din timpul de creștere). Trebuie remarcate diferitele influențe care afectează timpul de propagare (Figura 2). Acești factori includ temperatura, capacitatea de încărcare și unitatea de tensiune care depășește pragul de comutare (overdrive de intrare). Timpul de propagare se numește tPD – pentru intrarea inversoare și tPD+ pentru intrarea neinvertoare. Diferența dintre tPD + și tPD – se numește oblic. Tensiunea de alimentare are, de asemenea, un efect puternic asupra timpului de propagare.

Figura 2. Efectul influențelor externe asupra timpului de propagare.
pentru o aplicație dată, selectați fie un comparator cu viteză mare, fie unul care economisește energie. Maxim oferă o gamă largă de performanță pentru acest scop: de MAX919 (800nA, 30µs) la MAX9075 (6µA, 540ns); din MAX998 (600µA, 20ns) la MAX961 (11mA, 4.5 ns); din MAX9140(165µA, 40ns) la MAX9203 (1.3 d, 7ns); și de la MAX9107 (350µA, 25ns) la MAX9010 (900µA, 5ns). Max9010 (într-un pachet SC70) reprezintă un compromis util în acești parametri, cu un timp de propagare de 5ns și un curent de alimentare de 900 oqua.
pentru ieșirile ECL și PECL de mare viteză cu întârziere de propagare de 500ps, consultați familiile de piese MAX9600/MAX9601/MAX9602.

comentarii despre anumite comparatoare

cea mai frecventă aplicație pentru comparatoare este comparația dintre o tensiune și o referință stabilă. Maxim oferă diverse comparatoare în care o tensiune de referință este integrată pe cip. Combinarea referinței și comparatorului într-un singur cip nu numai că economisește spațiu, dar atrage și mai puțin curent de alimentare decât un comparator cu o referință externă. Familia de dispozitive MAX9117, de exemplu, necesită doar 1,6 xqua maxim (inclusiv referință) pe întregul interval de temperatură. MAX44268 necesită doar 1,4 xqua maxim (inclusiv referință) pe întregul interval de temperatură. Precizia unei referințe integrate variază de obicei de la 1% la 4%. Cu toate acestea, pentru o precizie ridicată, referințele din familia de comparatoare MAX9040 oferă o precizie inițială de 0,4% și o deviație de temperatură maximă de 30 ppm/centimetrul C.
MAX9017/MAX9018, MAX923, MAX933 și MAX967/MAX968 dual comparatoare și open-drain-ieșire MAX973, MAX983, dual comparatoare sunt ideale pentru aplicații window-comparator. Deoarece referința integrată din toate aceste dispozitive se poate conecta la intrarea inversoare sau neinvertitoare a comparatorului, pragurile de supratensiune și subtensiune pot fi implementate cu doar trei rezistențe externe. Aceste componente oferă, de asemenea, un știft de histerezis. Prin adăugarea a două rezistențe externe suplimentare, acest pin permite adăugarea unui prag de histerezis, așa cum se arată în Figura 1. Unii comparatori, cum ar fi MAX912/913, oferă ieșiri complementare – adică două ieșiri care trec în direcția opusă una față de cealaltă pentru o schimbare a polarității relative de intrare.
întârziere de propagare rapidă (1ms de obicei la 5MV overdrive) face MAX9201/MAX9203 ideal pentru ADC-uri rapide și circuite de eșantionare, cum ar fi receptoare, convertoare V/F și multe alte aplicații care discriminează datele.

alte comparatoare de mare viteză, cu putere redusă, cum ar fi MAX9107/MAX9108/MAX9109, sunt upgrade-uri cu costuri reduse la comparatoarele standard din industrie, MAX907/MAX908/MAX909. MAX9013 este un înlocuitor plug-in îmbunătățit pentru standardul industrial MAX913 și LT1016 / LT1116. Comparatorul dual, MAX9107, este oferit într-un pachet SOT23 cu 8 pini care economisește spațiu. Comparatorul unic, MAX9109, este disponibil într-un SC70 mic cu 6 pini, în timp ce comparatorul quad, MAX9108, este oferit într-un TSSOP cu 14 pini. A se vedea tabelul 4 și Figura 3.
Tabelul 4. Comparatoare Ultra-rapide

Figura 3. Ilustrarea celor mai bune opțiuni de viteză/putere pentru un comparator într-un pachet SC70.

Aplicații

această secțiune introduce trei aplicații care necesită comparatoare.
prima aplicație exemplu este un schimbator de nivel de la logica 3V la logica 5V. După cum se arată în Figura 4, acest circuit necesită doar un singur comparator cu o ieșire de scurgere deschisă ca în MAX986. Circuitul oferă o mare flexibilitate în alegerea tensiunilor care trebuie traduse. De asemenea, permite traducerea logicii bipolare 5V la logica unipolară 3v folosind MAX972. În această aplicație, aveți grijă ca nicio tensiune să nu depășească tensiunea maximă permisă pe niciun pin și ca curentul în ieșire să fie limitat de un rezistor de tracțiune suficient de mare (consultați evaluările maxime Absolute ale MAX986 din fișa sa tehnică).

Figura 4. Traducere la nivel de la logica 3V la 5V.
circuitul din Figura 5 rezolvă o altă problemă frecvent întâlnită. Configurat așa cum se arată, un singur comparator unipolar convertește un semnal de intrare bipolar (o undă sinusoidală în acest caz) la un semnal de ieșire digital unipolar. Tensiunea de offset necesară este calculată astfel:


Figura 5. Comparator Unipolar cu semnal de intrare bipolar.așa cum se arată mai sus în Figura 5, două rezistențe cu valoare egală (etichetate R4) stabilesc pragul de declanșare al comparatorului la jumătate din tensiunea de alimentare. În circuitul din Figura 6, patru ieșiri de comparator formează un indicator de termometru care indică unul dintre cele patru intervale pentru nivelul curentului de intrare. Rezistorul de șunt convertește curentul de intrare la o tensiune, iar rezistențele R1 și R2 setează câștigul op-amperului după cum este necesar pentru nivelul dorit de tensiune de referință. Rezistențele R4 până la R7 denotă praguri pentru ieșirile digitale dorite.

Figura 6. Rezolvarea unei măsurători curente într-unul din cele patru intervale.o versiune similară a acestui articol a apărut în numărul din 1 iulie 2001 al revistei ECN.