比较器的工作原理及性能指标介绍

一、什么是比较器

比较器的功能是比较两个或更多数据项，以确定它们是否相等，或者确定它们之间的大小关系和排列顺序，这称为比较。可以实现此比较功能的电路或设备称为比较器。比较器是将模拟电压信号与参考电压进行比较的电路。比较器的两个输入是模拟信号，输出是二进制信号0或1。当输入电压的差值增大或减小并且正负符号保持不变时，输出保持恒定。

二、比较器原理

在了解了什么是比较器之后，我们再来看看比较器的工作原理。

比较器可用作1位模数转换器（ADC）。

运算放大器原则上可以用作比较器而没有负反馈，但是由于运算放大器的开环增益非常高，因此它只能处理输入差分电压很小的信号。而且，运算放大器的延迟时间通常较长，无法满足实际需求。

可以调整比较器以提供非常小的时间延迟，但是其频率响应特性将受到限制。

为了避免输出振荡，许多比较器还具有内部迟滞电路。比较器的阈值是固定的，有些只有一个阈值，有些有两个阈值。

 

三、比较器性能指标

在了解了比较器的工作原理后，我们来看看比较器的5大性能指标，这些性能指标包括：迟滞电压、偏置电流、超电源摆幅、漏源电压和输出延迟时间。下面，我们来一一解读这几个指标

1.迟滞电压：比较器的两个输入端子之间的电压在过零时将改变其输出状态。由于输入端通常叠加有很小的波动电压，因此这些波动产生的差模电压将导致比较器输出连续变化。为了避免输出振荡，新的比较器通常具有几mV的迟滞电压。迟滞电压的存在使比较器的开关点变为两个：一个用于检测上升电压，另一个用于检测下降电压，电压阈值之差（VTRIP）等于迟滞电压（VHYST），迟滞比较器偏移电压是TRIP和VTRIP-的平均值。

失调电压：

没有滞后的比较器的输入电压切换点是输入失调电压，而不是理想比较器的零电压。失调电压通常随温度和电源电压而变化。电源抑制比通常用于表示电源电压变化对补偿电压的影响。

2.偏置电流：理想比较器的输入阻抗是无限的，因此从理论上讲，它对输入信号没有影响，但是实际比较器的输入阻抗不可能是无限的。在输入端有电流流过信号源的内部电阻，并流入其中。在比较器内部，导致额外的压差。偏置电流（Ibias）定义为两个比较器的输入电流的中值，用于测量输入阻抗的影响。 MAX917系列比较器的最大偏置电流仅为2nA。

3.超电源摆幅：为了进一步优化比较器的工作电压范围，Maxim采用并联的NPN管和PNP管的结构作为比较器的输入级，以便比较器的输入电压可以扩展，使其下限可以低至最低水平，上限比电源电压高250mV，从而达到Beyond-theRail标准。该比较器的输入允许较大的共模电压。

4.漏源电压：因为比较器只有两个不同的输出状态（零电平或电源电压），并且具有全功率摆幅特性的比较器的输出级是发射极跟随器，因此使其输入和输出信号压差很小。该电压差取决于比较器内部晶体管处于饱和状态时的发射极结电压，该电压对应于MOSFFET的漏-源电压。

5.输出延迟时间：包括信号通过组件的传输延迟以及信号的上升时间和下降时间。对于高速比较器，例如MAX961，典型的延迟时间可以达到4.5ns，上升时间为2.3ns。设计时，请注意不同因素对延迟时间的影响，包括温度、电容的影响。