高速利器：AD96685/AD96687超快比較器深度解析

在電子工程師的設(shè)計(jì)工具箱里，高速比較器是處理高速信號(hào)不可或缺的關(guān)鍵組件。今天，我們就來深入探討Analog Devices公司的AD96685和AD96687這兩款超快電壓比較器，看看它們有哪些獨(dú)特的特性和應(yīng)用場景。

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器件概述

AD96685和AD96687屬于超快電壓比較器。其中，AD96685是單比較器，傳播延遲僅2.5 ns；AD96687則是雙比較器，速度同樣出色。它們都具備50 ps的傳播延遲色散，這在高速比較器中是非常重要的特性，它衡量的是不同過驅(qū)動(dòng)條件下傳播延遲的差異。

輸入級(jí)采用快速、高精度的差分結(jié)構(gòu)，能在 -2.5 V至 +5 V的共模范圍內(nèi)，使各種信號(hào)保持一致的傳播延遲。輸出為互補(bǔ)數(shù)字信號(hào)，與ECL 10 K和10 KH邏輯系列完全兼容，并且能提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流，直接驅(qū)動(dòng)端接50 Ω至 -2 V的傳輸線。

關(guān)鍵特性總結(jié)

1. 速度快：傳播延遲僅2.5 ns，滿足高速應(yīng)用需求。
2. 低功耗：每個(gè)比較器功耗為118 mW，節(jié)能高效。
3. 多種封裝形式：提供DIP、SOIC、PLCC等封裝，方便不同設(shè)計(jì)選擇。
4. 電源兼容性好：支持 +5 V和 -5.2 V電源供電。
5. 邏輯兼容：輸出與ECL邏輯兼容。
6. 低延遲色散：50 ps的延遲色散確保了在不同過驅(qū)動(dòng)條件下的穩(wěn)定性能。

低延遲色散在高速比較器中具有諸多好處。從搜索到的資料可知，在自動(dòng)測試系統(tǒng)的引腳驅(qū)動(dòng)電路中，低延遲色散能決定比較器的最大邊緣分辨率。這意味著在高速信號(hào)處理中，它可以使比較器更精準(zhǔn)地識(shí)別信號(hào)的變化邊緣，減少信號(hào)延遲的不確定性，提高信號(hào)處理的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

電氣特性

輸入特性

輸入偏移電壓在25°C時(shí)為1 - 2 mV，輸入偏移漂移為20 μV/°C，輸入偏置電流為7 - 10 μA，輸入偏移電流為0.1 - 1.0 μA，輸入電阻為200 kΩ，輸入電容為2 pF。輸入電壓范圍為 -2.5 V至 +5.0 V，共模抑制比為80 - 90 dB。這些參數(shù)確保了在不同輸入條件下，比較器能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確地工作。 高速比較器的輸入特性至關(guān)重要。輸入偏移電壓、輸入偏移漂移、輸入偏置電流、輸入偏移電流等參數(shù)會(huì)影響比較器的精度。例如，較小的輸入偏移電壓能使比較器更準(zhǔn)確地判斷輸入信號(hào)的大小關(guān)系，減少誤差。輸入電阻和輸入電容則會(huì)影響信號(hào)的傳輸和響應(yīng)速度。合適的輸入電阻可以減少信號(hào)的衰減，而較小的輸入電容有助于提高信號(hào)的響應(yīng)速度，使比較器能夠快速對輸入信號(hào)的變化做出反應(yīng)。輸入電壓范圍和共模抑制比決定了比較器的適用場景和抗干擾能力。較寬的輸入電壓范圍可以使比較器在不同的信號(hào)幅度下工作，而較高的共模抑制比能夠有效抑制共模干擾，提高比較器的穩(wěn)定性。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)使用高速比較器的電路時(shí)，你是否會(huì)特別關(guān)注這些輸入特性呢？

輸出特性

邏輯“1”電壓為 -1.1 V，邏輯“0”電壓為 -1.5 V，邏輯“1”電流為40 - 50 μA，邏輯“0”電流為5 - 10 μA。輸出能提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力，與ECL邏輯兼容，可直接驅(qū)動(dòng)端接50 Ω至 -2 V的傳輸線。

開關(guān)性能

傳播延遲（輸入到輸出 HIGH/LOW、鎖存使能到輸出 HIGH/LOW）在25°C時(shí)為2.5 - 3.5 ns，延遲色散為50 ps。最小脈沖寬度為2.0 - 3.0 ns，最小建立時(shí)間為0.5 - 1.0 ns，最小保持時(shí)間為0.5 - 1.0 ns。這些開關(guān)性能參數(shù)確保了在高速信號(hào)處理中，比較器能夠快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。

高速比較器的開關(guān)性能會(huì)受到多種因素的影響。從搜索的資料中可以了解到，電源旁路問題可能會(huì)導(dǎo)致比較器出現(xiàn)振蕩。印制線路板上電源線導(dǎo)電帶的直流電阻和電感，會(huì)使輸出狀態(tài)改變時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)電流引起電源電壓波動(dòng)，并反饋到輸入端。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在比較器的電源引腳附近安裝低漏電電容，如0.1μF陶瓷電容，使其在高速切換期間作為低阻抗能量儲(chǔ)存器。接地問題也不容忽視。接地引線過長或未連接到低阻抗接地平面，會(huì)通過引線電感產(chǎn)生耦合作用，導(dǎo)致比較器振蕩。所以在設(shè)計(jì)中要盡量使接地引線短，并使用接地平面，避免使用插座。輸入信號(hào)源的高阻抗和雜散電容也可能影響開關(guān)性能。幾千歐的源阻抗和幾皮法的雜散電容就可能產(chǎn)生難以控制的振蕩，因此需要縮短引線，減少雜散電容的影響。作為電子工程師，你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過因這些因素導(dǎo)致比較器開關(guān)性能不佳的情況呢？

電源特性

正電源電流為8 - 15 mA，負(fù)電源電流為9 - 18 mA，電源抑制比為60 - 70 dB。電源電壓需保持穩(wěn)定，在正常工作時(shí)，±5%的電源電壓波動(dòng)范圍是允許的。穩(wěn)定的電源對于保證比較器的性能至關(guān)重要，電源電壓的波動(dòng)可能會(huì)影響比較器的精度和開關(guān)速度。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

接地與電源去耦

使用低阻抗接地平面是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，可減少接地噪聲對比較器性能的影響。同時(shí)，電源去耦也很重要，正、負(fù)電源連接都應(yīng)分別通過0.1 μF陶瓷和0.001 μF云母電容接地。由于比較器電路對負(fù)電源變化更為敏感，所以要確保負(fù)電源“干凈”，減少電源波動(dòng)對比較器的影響。

鎖存使能輸入

鎖存使能輸入為低電平時(shí)有效（鎖存）。若不使用鎖存功能，AD96685的鎖存使能輸入應(yīng)接地，AD96687的鎖存使能輸入可接 -2.0 V或浮空。此外，該輸入還可作為遲滯控制輸入，通過改變其電壓可實(shí)現(xiàn)小范圍的遲滯變化。

未使用比較器處理

對于AD96687中未使用的比較器，其輸入不能浮空，否則高內(nèi)部增益可能導(dǎo)致輸出振蕩，影響正在使用的比較器?？赏ㄟ^確保兩個(gè)輸入至少有一個(gè)二極管壓降的差異，并將鎖存使能輸入接地，使輸出處于固定狀態(tài)。

終端匹配

為獲得最佳性能，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)腅CL終端匹配。AD96685/AD96687的開集電極輸出應(yīng)通過50 Ω電阻端接至 -2.0 V或其他等效的ECL終端。若高速ECL信號(hào)傳輸距離超過幾厘米，可能需要采用微帶線或帶狀線技術(shù)，以確保信號(hào)的正確過渡時(shí)間，防止輸出振鈴。

典型應(yīng)用

高速采樣電路

通過比較輸入信號(hào)VIN和參考電壓VREF，實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)的采樣功能。該電路能快速準(zhǔn)確地對輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，適用于對采樣速度要求較高的場合。

高速窗口比較器

可設(shè)置正負(fù)參考電壓+VREF和 -VREF，判斷輸入信號(hào)VIN是否在設(shè)定的窗口范圍內(nèi)。常用于需要精確判斷信號(hào)范圍的應(yīng)用場景，如信號(hào)監(jiān)測、故障診斷等。

總結(jié)

AD96685和AD96687作為高速比較器，具有快速、低功耗、多種封裝形式和邏輯兼容性等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)使用時(shí)，電子工程師需充分考慮其電氣特性和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，采用合適的高速設(shè)計(jì)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。同時(shí)，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，合理選擇和應(yīng)用這兩款比較器，能為高速信號(hào)處理系統(tǒng)提供可靠的解決方案。你在實(shí)際項(xiàng)目中是否使用過類似的高速比較器，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。