【導讀】比較器是幾乎在每個應用中都可以找到的基本模擬元件。描述比較器的一種方式是它們是 1 位 ADC：比bi較jiao器qi有you兩liang個ge輸shu入ru端duan，其qi中zhong一yi個ge通tong常chang用yong作zuo電dian壓ya基ji準zhun，另ling一yi個ge用yong作zuo輸shu入ru電dian壓ya信xin號hao。根gen據ju哪na個ge輸shu入ru端duan是shi基ji準zhun以yi及ji輸shu入ru電dian壓ya是shi多duo少shao，比bi較jiao器qi輸shu出chu將jiang切qie換huan為wei高gao電dian平ping或huo低di電dian平ping。這zhe些xie元yuan件jian用yong途tu廣guang泛fan
，特te別bie是shi在zai混hun合he信xin號hao和he控kong製zhi應ying用yong中zhong，例li如ru過guo壓ya和he欠qian壓ya檢jian測ce以yi及ji溫wen度du傳chuan感gan。

雖(sui)然(ran)比(bi)較(jiao)器(qi)的(de)概(gai)念(nian)很(hen)簡(jian)單(dan)，但(dan)在(zai)實(shi)現(xian)過(guo)程(cheng)中(zhong)會(hui)有(you)幾(ji)個(ge)常(chang)見(jian)的(de)設(she)計(ji)挑(tiao)戰(zhan)。為(wei)了(le)應(ying)對(dui)這(zhe)些(xie)挑(tiao)戰(zhan)，本(ben)文(wen)將(jiang)介(jie)紹(shao)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)為(wei)實(shi)現(xian)出(chu)色(se)的(de)比(bi)較(jiao)器(qi)性(xing)能(neng)而(er)必(bi)須(xu)應(ying)對(dui)的(de)三(san)個(ge)最(zui)常(chang)見(jian)設(she)計(ji)注(zhu)意(yi)事(shi)項(xiang) - 從顫振開始。

什麼是顫振？

為了演示顫振現象
，將 LM2903 雙路差分比較器設置為同相配置（圖 1），將噪聲添加到以基準電壓 (V_REF) 為中心的 1V 峰峰值三角波中。當輸入電壓 (V_IN)  接近 IN– 上的基準電壓時，會出現多個快速轉換，如圖 2 所示。

圖 1：同相比較器設置

圖 2：比較器顫振

這些快速轉換有時會被誤認為是振蕩；然而，該行為實際上稱為顫振。顫振不代表器件存在缺陷
；這(zhe)是(shi)正(zheng)常(chang)行(xing)為(wei)。從(cong)比(bi)較(jiao)器(qi)的(de)角(jiao)度(du)來(lai)看(kan)，它(ta)看(kan)到(dao)的(de)是(shi)信(xin)號(hao)變(bian)得(de)高(gao)於(yu)和(he)低(di)於(yu)基(ji)準(zhun)閾(yu)值(zhi)。即(ji)使(shi)是(shi)基(ji)準(zhun)附(fu)近(jin)非(fei)常(chang)輕(qing)微(wei)的(de)變(bian)化(hua)也(ye)會(hui)導(dao)致(zhi)輸(shu)出(chu)進(jin)入(ru)轉(zhuan)換(huan)狀(zhuang)態(tai)。比(bi)較(jiao)器(qi)的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)相(xiang)對(dui)較(jiao)短(duan)


，隻(zhi)要(yao)信(xin)號(hao)變(bian)化(hua)處(chu)於(yu)其(qi)最(zui)大(da)切(qie)換(huan)頻(pin)率(lv)以(yi)內(nei)，它(ta)就(jiu)會(hui)改(gai)變(bian)狀(zhuang)態(tai)。

顫振的原因和影響

顫振的主要原因是係統中存在的噪聲，該噪聲的來源可能有多個，包括輸入、V_REF 、電源、元件

、原型設計板 - 甚至是比較器本身。甚至僅僅是比較器的噪聲就可能引起顫振，此時輸入端連接在一起以獲得大約 0mV 的內部失調電壓 (V_OS) 。無論噪聲源如何，比較器的輸出都會出現顫振，因為輸入電壓會快速、隨機、連續地高於和低於基準電壓。

如果不對輸出上的顫振加以抑製，這會成為一個嚴重的問題。不必要的輸出狀態轉換可能會向 FET 開關等下遊器件提供錯誤信息並對其施加錯誤的控製
，從而導致不穩定的係統行為並可能導致係統無效。例如
，顫振可能會導致控製 DC/DC 轉zhuan換huan器qi使shi能neng引yin腳jiao的de比bi較jiao器qi反fan複fu對dui係xi統tong進jin行xing上shang電dian和he斷duan電dian。此ci外wai
，電dian池chi電dian壓ya或huo溫wen度du傳chuan感gan器qi電dian壓ya等deng緩huan慢man移yi動dong的de信xin號hao更geng容rong易yi受shou到dao顫chan振zhen的de影ying響xiang
，因yin為wei信xin號hao緩huan慢man地di越yue過guo基ji準zhun
，從cong而er可ke能neng會hui因yin噪zao聲sheng而er導dao致zhi更geng多duo越yue過guo基ji準zhun的de情qing況kuang。這zhe可ke能neng會hui意yi外wai地di激ji活huo和he停ting用yong欠qian壓ya或huo過guo壓ya以yi及ji溫wen度du保bao護hu電dian路lu。

顫振解決方案

jiejuechanzhendefangfazhuyaoyouliangzhong，meizhongfangfadouyouxiangyingdezijixuanxiang。diyigexuanxiangshitongguozhengfankuishixianwaibuchizhi。waibuchizhikeyiyouxiaodizengjiagaoyuhediyujizhundeshitiaodianyayuzhi。tu 3 顯示了具有外部遲滯的同相配置下的比較器及其傳輸特性曲線。

圖 3：具有外部遲滯的同相比較器

另一種消除顫振的方法是使用具有集成或可變遲滯的比較器
，例如 TLV7012。集成遲滯還可以提供額外的優勢，即通過消除布局中的元件來節省空間受限的印刷電路板上的空間。

例如

，TLV3603 和 TLV3605 具有用於提供可調內部遲滯的引腳。利用 LE/HYS 引腳（參見圖 4）功能，可實現可變遲滯，具體取決於連接在該引腳和發射極電源電壓 (VEE) 之間的電阻器值
，其中減小電阻會將遲滯增大至某個點。如果芯片提供的遲滯不夠大（大於係統中存在的噪聲）
，仍然可以實現外部遲滯。

圖 4：V_HYST（毫伏）與 R_HYST（千歐）之間的關係

對於直流精度至關重要的高速係統，應使用反饋電容器而非電阻器來提供短期遲滯，從而在不影響閾值電壓的情況下實現交流遲滯。

減小顫振可能性的第二個選項是對輸入信號、基(ji)準(zhun)信(xin)號(hao)或(huo)兩(liang)者(zhe)進(jin)行(xing)濾(lv)波(bo)。適(shi)當(dang)地(di)繞(rao)過(guo)電(dian)源(yuan)也(ye)將(jiang)有(you)助(zhu)於(yu)盡(jin)可(ke)能(neng)減(jian)小(xiao)大(da)電(dian)流(liu)尖(jian)峰(feng)的(de)幹(gan)擾(rao)。對(dui)輸(shu)入(ru)進(jin)行(xing)濾(lv)波(bo)的(de)缺(que)點(dian)是(shi)會(hui)造(zao)成(cheng)信(xin)號(hao)延(yan)遲(chi)

，從(cong)而(er)可(ke)能(neng)違(wei)反(fan)嚴(yan)格(ge)的(de)係(xi)統(tong)時(shi)序(xu)要(yao)求(qiu)。不(bu)過(guo)
，對(dui)輸(shu)入(ru)進(jin)行(xing)濾(lv)波(bo)可(ke)以(yi)在(zai)不(bu)改(gai)變(bian)狀(zhuang)態(tai)轉(zhuan)換(huan)的(de)電(dian)壓(ya)閾(yu)值(zhi)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)消(xiao)除(chu)顫(chan)振(zhen)。

下麵的圖 5 顯示了一種可能的濾波方案，它與遲滯相結合，以消除顫振。注意 C₁ shiruhebeihuadiaode，yinweizaishixianzhengfankuishixiangtongxiangjiedianshijiadianrongkenenghuidaozhifankuifashengyanchibingkenengwanquanjiangqixiaochu。jianyizaibujuyunxudeqingkuangxiajinkenengkaojingaiyinjiaofangzhirenhepangluhuolvbodianrongqi
，yijinkenengtigaoxiaolv。tongguozaibutongdeshibeichengfanweineishiyongduogepangludianrongqi（例如，1µF
、100nF 和 100pf）
，可以在整個頻率範圍內提供出色的降噪效果。

圖 5：具有外部遲滯和濾波的同相比較器

圖 6 和圖 7 顯示了應用遲滯、濾波和適當旁路後產生的波形以及電路配置。使用“具有遲滯功能的同相比較器電路”中的公式以及選擇的值 R₁=100kΩ
、R₅=10kΩ

、V_HYST=500mV、V_O(max)=5V、V_O(min)=110mV 和 V_REF=2.5，計算得到的值為 R₂=100kΩ、R₃=49.9kΩ 和 R₄=442kΩ。請注意
，所有電阻器值都四舍五入到最接近的 1% 標準電阻器值。

圖 6：已解決比較器顫振

圖 7：具有外部遲滯和濾波設置的同相比較器

結語

為了提高抗噪（以及隨之而來的顫振）能neng力li

，可ke能neng無wu法fa實shi現xian某mou些xie時shi序xu和he精jing度du規gui格ge。實shi現xian濾lv波bo或huo遲chi滯zhi可ke以yi提ti高gao係xi統tong性xing能neng


，但dan建jian議yi同tong時shi實shi施shi這zhe兩liang者zhe，以yi盡jin可ke能neng地di減jian少shao顫chan振zhen。請qing記ji住zhu，實shi現xian遲chi滯zhi會hui改gai變bian閾yu值zhi電dian壓ya，因yin此ci應ying適shi當dang地di選xuan擇ze它ta們men以yi反fan映ying係xi統tong的de要yao求qiu。還hai要yao注zhu意yi濾lv波bo如ru何he影ying響xiang係xi統tong的de時shi序xu限xian製zhi。

抗kang噪zao是shi每mei個ge係xi統tong的de一yi個ge重zhong要yao方fang麵mian，有you助zhu於yu盡jin可ke能neng地di降jiang低di比bi較jiao器qi幹gan擾rao並bing減jian少shao不bu必bi要yao的de行xing為wei。在zai下xia一yi部bu分fen中zhong

，我wo們men將jiang討tao論lun輸shu入ru共gong模mo電dian壓ya範fan圍wei。

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