別小看了單電源比較器！

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，在差分輸入過驅(qū)電壓為50mV時，傳播延遲時間，t(PHL)，從高到低，額定值為37us。

圖表 1

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)心會出現(xiàn)錯誤觸發(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)。測量傳播延遲的起始點是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。在整個電源周期期間，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，當(dāng)Vcc變?yōu)榱阒禃r，電容器上的電壓放電為零值需要一定的時間，這是因為在Vin+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(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1兆歐的電阻器，RH，電壓輸出Vout也被保持在-57.29mV。Time=t1時，Vcc=1.7V，比較器內(nèi)部電路開始活躍起來，但是輸出隨電源發(fā)生變化，這是因為沒有足夠大的電壓來正確地偏置所有內(nèi)部電路。很多運算放大器和比較器加電時，在沒有達(dá)到最小額定電源電壓前，經(jīng)常會看到這種情況。Time=T2時，對于比較器來說，Vcc已經(jīng)達(dá)到2.7V的最小電源電壓，傳播延遲的測量區(qū)間為T2到T3，此時Vout進(jìn)入正確的0V狀態(tài)。

那么為什么T2與T3之間的時間不是數(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，這些電流不足以為所有內(nèi)部電容器充電，這樣的話就無法達(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)電壓的時候更是如此!所以，我們該如何避免所有這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，保留了噪聲過濾，但是消除了與這個電路相關(guān)的負(fù)面影響。如圖所示，通過將C1拆分為C1A和C1B，我們可以過濾Vin+和Vin-至接地的連接，以便有效的濾除噪聲，而又不會在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)時間變得很短，所以不會在他周圍看到傳播延遲。在圖6中，我們將t2周圍的區(qū)間放大，可以看到t2和t3之間測得的傳播延遲為數(shù)據(jù)表額定值37us。

圖 6

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