不要瞧不起單電源比較器！

　　TLV3701是一款由靜態(tài)電流典型值為560nA的電源供電的“納米功耗級(jí)比較器”。從圖表1中列出的主要技術(shù)規(guī)格可以看到，在差分輸入過(guò)驅(qū)電壓為50mV時(shí)，傳播延遲時(shí)間，t(PHL)，從高到低，額定值為37us。

　　圖表 1

　　我有一個(gè)客戶(hù)，他恰巧是數(shù)字設(shè)計(jì)工程師，對(duì)模擬技術(shù)略知一二，他送來(lái)過(guò)一份圖2中顯示的納米功率級(jí)比較器電路圖。現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)時(shí)的“一位”器件(留些情面，就不指名道姓了)曾經(jīng)到處宣傳德州儀器 (TI) 部件根本就不符合數(shù)據(jù)表中的技術(shù)規(guī)格，特別是傳播延遲技術(shù)規(guī)格，數(shù)據(jù)表中的值與實(shí)際應(yīng)用中的值之間的誤差有62倍。圖2中顯示的是老式一位器件的單電源比較器電路。需要注意的是，由于擔(dān)心會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤觸發(fā)比較器的噪聲，在比較器的Vin+和Vin-之間加入了電容器C1。

　　圖2

　　圖3顯示了比較器電路的運(yùn)轉(zhuǎn)波形。Vcc電源循環(huán)期間，觀察到的從高到低傳播延遲為2.33ms(數(shù)據(jù)表中的技術(shù)規(guī)格為37us)。測(cè)量傳播延遲的起始點(diǎn)是Vcc在Vout根據(jù)Vin+和Vin-上的電壓進(jìn)入其正確狀態(tài)前達(dá)到部件最小電源電壓時(shí)。在整個(gè)電源周期期間，由于Vin-大于Vin+，所以Vout應(yīng)該為0V。需要注意的是，分別用于Vin+和Vin-的電阻分壓器會(huì)在電容器C1上形成差分電壓。導(dǎo)致的結(jié)果就是比較器的Vin+比Vin-低。乍看起來(lái)，當(dāng)Vcc變?yōu)榱阒禃r(shí)，電容器上的電壓放電為零值需要一定的時(shí)間，這是因?yàn)樵赩in+和Vin-分壓器中使用了較大電阻值的電阻器。

　　當(dāng)Vcc處于零電壓時(shí)(Time=t0)，比較器的Vin+為-74.5mV，由于在比較器輸出到Vin+之間有一個(gè)1兆歐的電阻器，RH，電壓輸出Vout也被保持在-57.29mV。Time=t1時(shí)，Vcc=1.7V，比較器內(nèi)部電路開(kāi)始活躍起來(lái)，但是輸出隨電源發(fā)生變化，這是因?yàn)闆](méi)有足夠大的電壓來(lái)正確地偏置所有內(nèi)部電路。很多運(yùn)算放大器和比較器加電時(shí)，在沒(méi)有達(dá)到最小額定電源電壓前，經(jīng)常會(huì)看到這種情況。Time=T2時(shí)，對(duì)于比較器來(lái)說(shuō)，Vcc已經(jīng)達(dá)到2.7V的最小電源電壓，傳播延遲的測(cè)量區(qū)間為T(mén)2到T3，此時(shí)Vout進(jìn)入正確的0V狀態(tài)。

　　那么為什么T2與T3之間的時(shí)間不是數(shù)據(jù)表中的額定值37us呢?需牢記的是，TLV3701的靜態(tài)電源電典型值流只有560nA。在Vcc=2.7V的最小值時(shí)，這些電流不足以為所有內(nèi)部電容器充電，這樣的話(huà)就無(wú)法達(dá)到正確狀態(tài)。當(dāng)這些內(nèi)部電容器上的起始電壓不是0V而是負(fù)電壓的時(shí)候更是如此!所以，我們?cè)撊绾伪苊馑羞@些單電源比較器的消極影響，而又仍然保持Vin+和Vin-上的噪聲過(guò)濾功能呢?

　　圖 3

　　在圖4中，我們修改了老式一位電路，保留了噪聲過(guò)濾，但是消除了與這個(gè)電路相關(guān)的負(fù)面影響。如圖所示，通過(guò)將C1拆分為C1A和C1B，我們可以過(guò)濾Vin+和Vin-至接地的連接，以便有效的濾除噪聲，而又不會(huì)在Vcc的電源循環(huán)期間生成任何的負(fù)電壓。

　　圖4

　　我們使修改后的比較器電路符合一位原始電路在圖5中所顯示的同樣的Vcc循環(huán)。需要注意的是，由于t2的持續(xù)時(shí)間變得很短，所以不會(huì)在他周?chē)吹絺鞑パ舆t。在圖6中，我們將t2周?chē)膮^(qū)間放大，可以看到t2和t3之間測(cè)得的傳播延遲為數(shù)據(jù)表額定值37us。

　　圖5

　　圖 6

　　所以這個(gè)故事的真諦在于消極的態(tài)度會(huì)產(chǎn)生有害的項(xiàng)目延遲，而單電源比較器上的負(fù)電壓將會(huì)引入不必要的傳播延遲!幸運(yùn)的是，從模擬工程設(shè)計(jì)角度來(lái)講，這一問(wèn)題的解決方案就是在Vin+和Vin-的接地之間分別加入一個(gè)簡(jiǎn)單的旁路電容器。