2019年04月12日 | 技术文章—妙解“诡异的比较器”

2019-04-12 来源：电子创新网

比较器，是一个看起来简单但又让人极为痛苦的器件。如果你是刚学模拟电子技术的学生，那么在初次使用它时，不仅会被其诡异的表现难住，还将百思不得其解：如此简单的比较器，怎么就这般不听话呢？

《新概念模拟电路》系列丛书之《信号处理电路》一本书中这样说：

其实，比较器最常见的诡异现象就是翻转抖动。以一个基准电压为0V，输入信号为从-1V到1V的三角波为例，当输入信号穿越基准电压点时，理论上：输出信号应该立即翻转，干脆利索，且输入信号应该不受任何影响。但实际情况如图1左图所示：输出信号在翻转位置出现了多次抖动，然后才归于平静，然后，输入信号居然也出现了抖动毛刺。

图1 比较器的翻转抖动及克服抖动带来的效果

造成这种现象的原因很多，电源稳定性和地线稳定性不强是主要原因。其本质原理是，比较器的输出端突然发生状态变化时，会导致内部工作电流发生脉冲式突变，这个变化电流作用在电源电压上，会导致电源电压出现脉动；作用在地线上，会导致地线电位出现脉动。这种脉动带来的直接后果就是，比较器的输入状态发生变化：原本输入信号已经高于基准电压，却因为地线脉动的存在，出现瞬间的输入信号低于基准电压，比较器出现误翻转。这种误翻转持续作用，就会出现翻转抖动。

翻转抖动的存在，一定是输入信号在处于基准电压附近时发生。当输入电压持续增大，以至于地线抖动不足以改变比较器的输入状态时，那么输出就归于平静了。

克服翻转抖动的本质方法是加强电源和地线的稳定性——想尽一切办法让电源和地线接近理论要求：不管电源、地线上流过多大电流，其电压都是恒定不变的。比如加粗电源线（地线）、缩短电源线（地线）长度，增加合适的电源旁路、去耦电容，使用高质量的地平面，或者将数字地和模拟地分开且实现单点对接。

克服翻转抖动的另外一种方法，就是给比较器增加迟滞：用正反馈将原本开环的比较器，改变成迟滞比较器。图1右图，即为增加了迟滞后的波形，可见其翻转抖动几乎不存在了。

五大规则，破除“诡异现象”

相对来说，高速比较器更易出现各种各样的诡异现象。因此，我们在设计之初就必须牢记以下五大规则，以最大程度地避免诡异现象。

给比较器电路增加合适的旁路电容

在器件电源管脚的最近处，对地接一个或者两个电容，以避免突变电流在漫长的电源线上——含有电阻和电感——产生的突变压降。

让比较器电路使用地平面

由于地平面具有极大的面积，直接带来的好处有两点：第一，它具有极低的导通电阻，可以在通过大电流时保持地平面上任意两点之间的电位差足够小，以利于“地”与理论接近。第二，它还具有极低的电感，对高频电流，也不会产生足够大的压降。

用高速布线技术实施PCB设计

高速布线技术有别于低速，关键在于考虑了杂散参数。在低频领域，电路板中的两个隔离线，具有足够大的电阻，但在高速领域，它们之间的杂散电容就会起作用。同时，长长的导线存在的电感，也会跳出来破坏正常的工作。因此，走线、位置、间距、方向、粗细、长短、过孔等，都将对高速电路产生不可忽视的影响。此事说来话长，要设计高速比较器电路，必须认真研读相关资料。

使用合适的探头、示波器

如果要观察比较器输入输出状态，则一定要注意：探头和示波器不是理想的，它们会影响电路的正常工作。

注意降低信号源内阻

高速比较器接收的是高速信号，因此它非常惧怕低通滤波器。信号源电阻，也就是前级信号的输出电阻，会与比较器输入端电容组成低通滤波器。提高此低通滤波器上限截止频率，是唯一的解决方案。而要如此，则有两条路：第一，降低前级信号源的输出电阻，第二，降低比较器输入端的等效输入电容。

一般来说，比较器入端等效电容主要由比较器芯片性能决定，也受线路与周边“地”之间的杂散电容影响。当选择了输入端电容最小的比较器，又通过优秀的电路板设计，将杂散电容降至最小，此时应重点考虑降低前级信号源内阻。

读完本文，对于如何妙解比较器，你 get 到方法了吗？

比较器

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