常见比较器种类

引言

按照比较部件的工作时间分，比较器包括连续时间比较器和离散时间比较器。前者在电路工作过程中，时钟处于比较工作状态，而在很多应用中，电路受时钟信号的驱动控制，比较器只在一个时钟周期的某一个段内工作，对输入信号进行比较，在其余的时间内，通过开关的控制，使比较器不工作。这就是离散时间比较器，它的效率高，传输延时小，开关电容比较器是一种常见的离散时间比较器。

开环比较器

开环比较器是运算放大器的开环应用，它与放大器的区别就是不需要频率补偿，因此可以获得很大的带宽，理论也可以有较快的响应时间。开环比较器的增益越大，输入的差分电压就越小，为优化分辨率，需要提高增益。而实际上，增益的提高响应地减少了运算放大器的带宽。这意味着分辨率的提高是以牺牲响应时间为代价的，在设计比较器时分辨率和速度需要这种考虑。

开环放大器按期结构又可分为单级高增益放大器开环应用实现的比较器，和低增益多级级联放大器开环应用实现的比较器。

以单级放大器开环应用形成的比较器，需要具有很高的增益，从而把输入端较小的差分信号放大后，经过电源电压切顶，维持在二进制幅度，输出高、低电平。这种比较器一般在失调电压、建立时间和转换速率等方面不能满足高性能的要求。尤其是建立时间较长，造成了比较速度过慢。将该电路简单地考虑为单级点系统 ，在小信号输入的情况下，时间常数，其中w1是放大器主极点处对应的频率，A0是直流增益。由于这类放大器的直流增益一般比较高，相应的带宽就会比较小，则这个主极点频率一般都比较低。因此，时间常数就会比较大。

如果想要提高比较速度，就要将放大器的主极点频率提高。在原有的单位增益带宽不变的情况下，这种方法是以牺牲一定直流增益为代价的，将不能满足分辨率要求。为了弥补放大器直流增益的减小，可以将多个增益较低的放大器级联起来，形成多级级联型的比较器。设想一个用n级级联的形式构成的比较器，其增益是任一级放大器增益的n次幂指数。

开环比较器有着结构简单，精度高等显著的优点，但它同时也存在一些不足之处。首先，其失调电压及噪声比较大。在高精度ADC中，较大的输入失调电压会导致错误的输出，这个缺点可以利用自动较零技术来弥补。对于噪声，则可采用迟滞比较器来较小。其次开环比较器的速度和功耗是相互矛盾的。因为若要使开环比较器的响应时间小，要求放大器具有大的极点，而大的极点需要使节点到交流地之间有低电阻和小电容。而低电阻由大的偏置电流产生，这样就增加了功耗。

迟滞比较器

在比较器只有一个输入阈值点的情况下，当输入信号的幅度接近阈值点时，如果输入端噪声的干扰足够大，且 比较器速度足够快的话，就有可能引起输出电压错误的跃变。因此，虽然开环比较器很灵敏，但其抗干扰能力比较差。

为了增大比较器的抗干扰能力，需要对开环比较器的传输函数进行修改。将原来的一个阈值电压改为两个。当比较器的输入电压由低电平由高电平转变时，只有输入电压达到阈值时，比较器的输出才发生改变；而当比较器的输入电压由高电平向低电平转变时，Vin降低到一定阈值，比较器输出才会发生改变。因此，改进后的比较器具有迟滞性，即具有惯性，因此输入电压的微小变化不会引起比较器输出电压的跃变，此时的比较器就具有了一定的抗干扰能力。

开关电容比较器

开关电容比较器属于离散时间比较器。它将受时钟信号控制的开关电容电路和开环应用的比较器相结合。基本思想是在两个相位阶段分为将待比较的模拟差分输入信号采样至单端，在第二相位阶段，利用电容两端电压不能 “突变”的特点，得到开环比较器的输入端信号为两次采样的输入信号之差，即差分输入信号，同时完成直流失调电压的自动较零。除了能够方便地减小失调电压以外，开关电容比较器的另一个优点是可以采用单端结构的电路对差分信号进行比较。

可再生比较器

可再生比较器利用了正反馈来实现两个模拟输入信号的比较。它也是一种离散时间比较器，工作方式类似于触发器，一般其工作过程可以分为两个阶段

第一阶段，正反馈被禁止，将待比较信号加至输入端，即给锁存器输入端施加初始电压，第二阶段 ，通过正反馈，将第一阶段所施加的初始电压进行比较，并锁存输出为全摆幅的数字电平。
锁存器为这类比较器的重要组成部分。

比较器的改进方案

对于可再生比较器，通常会加入 一级前置放大器对输入信号进行预防大。这一举措能够对比较器的响应速度、失调电压以及回馈噪声等各种指标都产生优化作用