集成电压比较器.doc

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1、集成电压比较器　　本章要紧介绍集成电压比较器的差不多概念及各种集成电压比器的结构及工作原理，以及各种集成电压比较器的特点。14.1　概述14.1.1　差不多概念　　电压比较器是模拟集成电路中应用较多的电路之一，用于在模拟信号处理中比较和推断两个信号的大小，输出的是一个逻辑值（0或1），电压比较器的电路结构、性能等与运放差不多相同，所用的符号也与运放一致，如图14.1（a）所示，比较器的输入端口分为同相VP、反相VN两端，当VP大于等于VN时，比较器输出为高电平，反之则输出为低电平，比较器的传输特性如图14.1(b)所示。308/25　　　　　　（a）(b)图

2、14.1　（a）电压比较器符号　　（b）电压比较器的传输特性当输入信号为一个交流信号，同时接入比较器的同相输入端时，一个理想的电压比较器的输出波形如图14.2所示。图14.2　输入为交流信号时理想电压比较器的输出　　电压比较器实际上是一个高增益的运算放大器，从电路的差不多结构和工作原理上看十分相似，但具体分析在电路应用和使用要求方法两者之间有一系列区不，如表14.1所示：表14.1　电压比较器与运算放大器的比较电压比较器运算放大器工作状态过驱动状态小信号状态应用状态开环状态一般为闭环状态输出状态单端输出逻辑电平308/25双端或单端输出模拟量，一般要求输出摆

3、幅大静态输出电平零输入时，输出为后一级逻辑电路的阈值电平零输入时零输出　　由表14.1能够看出，在进行比较器设计时要注意以下几点：1）直流特性的设计与运放差不多相同；2）频率特性的设计与运放大不相同，因为电压比较器一般工作于开环状态，因此不需考虑放大器闭环工作所需的频率补偿；3）在比较器中的放大器重点要考虑的是转换速率、增益与输入失调电压。一个高性能的电压比较器必须具有高的增益、低失调电压与高的转换速率。14.1.2　电压比较器的要紧参数及设计要求1　电压比较器的要紧参数如下：1）开环电压增益AV：直接决定了电压判不的灵敏度，增益越高，则灵敏度越高。2）输入

4、失调电压VOS308/25：也直接阻碍电压判不的灵敏度，失调越小，则灵敏度越高。1）输出高电平VOH、低电平VOL：按后级逻辑电路的要求而定。2）瞬态响应：决定了电压比较器的输出电压的高低压之间的转换时刻，包括响应时刻tR（一般分为上升时刻tR1与下降时刻tR2）与选通脉冲释放时刻tSr。2　电压比较器的设计考虑　　电压比较器设计时，要紧考虑如何提高电压比较器的灵敏度和响应时刻，而电压比较器的灵敏度要紧决定于电压增益和输入失调电压，其关系曲线分不如图14.3（a）与图14.3（b）所示。　　　　　　（a）(b)图14.3（a）电压比较器的灵敏度与电压增益之间

5、的关系(b)与输入失调之间的关系　　上图中的△V指的是比较器的不确定区，也称为比较器的比较窗口，即为比较器的灵敏度，输入信号在此区域时输出可不能发生逻辑电平变化：308/251）Av增大，则△V减小，如图14.3（a）中的虚线（代表的是Av较小）的△V2大于实线（代表的是Av较大）的△V1，若为理想的电压比较器，即Av为无穷大时，则△V趋于0，现在比较器最灵敏。2）由于输入失调电压可为正值，也可为负值，电压比较器的比较窗口随输入失调电压的上升而增大，从图14.3（b）中可清晰地看出减小比较器输入失调电压对提高比较器灵敏度特不重要。　　设计电压比较器时，其直流

6、特性设计分析与运放类似，但它在大信号下工作，因此电路中管子可用导通与截止进行分析。而由于电压比较器无需考虑放大器的闭环稳定的问题，因此在设计电压比较器的频率特性时，应尽量提高比较器的响应速度。比较器的响应时刻要紧与比较器的压摆率、带宽和过驱动大小有关，同时与定义的△ε大小有关，即有压摆率增大、带宽增大以及过驱动电压增大时，电压比较器的响应时刻下降。还需注意的是电压比较器的正、负输入端的响应时刻　可能不同。14.1.3电压比较器的结构　　以下两种CMOS电压比较器结构的使用比较广泛：308/251）级联倒相器结构图14.5是其差不多的原理框图。图14.5　级联

7、倒相器结构这种结构大多用于静态工作模式。2）差分放大结构图14.6是其差不多的原理框图。图14.6　差分放大结构的电压比较器每个放大器都需连接一个锁存器，锁存器的作用是快速提供一个大的输出电压，其幅度与波形与输入信号无关。若无锁存器，则要保证电压比较器有专门高的比较灵敏度时应要求差分放大器有专门高的增益.例如若比较器的灵敏度为1mV，输出电压为3.3V时，则放大器的增益必须大于3300（即70dB），而假如接上了一个锁存器，则只需考虑放大器的输出大于失调电压与锁存器的阈值电压，一般大约为0.2V或更小，现在在同样的灵敏度下，放大器的增益只需满足大于200倍即

8、可。308/25这种结构有两种工作形式：一种是静态结