Karşılaştırıcılar neden opamp'lardan daha yüksek ofset voltajlarına sahiptir?


14

Bir sinyali sabit bir voltajla karşılaştırmam gerekiyor; sinyal 0 ila 30mV arasında değişir ve ben 250µV farkta 50ns yanıt süresi gerektirir. Sinyal, birkaç mV / µs aralığında dönüş hızına sahip bir üçgen dalgadır.

Bir göz olması zaman TI tarafından sunulan Karşılaştırıcıların , onlar 3000μV başlayan 10ns Karşılaştırıcıların ile 750μV bir ofset gerilimi başlar.

Bununla birlikte, opamp listesine bakıldığında, bunlar 1µV ofset voltajında ​​başlar, 100MHz amplifikatörler 100µV'de başlar.

Sinyalleri karşılaştırmak için op-amper değil karşılaştırıcılar kullanmak şiddetle tavsiye edilir, bu yüzden gördüğüm tek seçenek sinyalimi hassas, yüksek hızlı bir op-amp ile önceden yükseltmek, sonra bir karşılaştırıcı kullanmaktır. Ancak, bu yanlış görünüyor. Bu mümkün ise, neden talaş üreticileri bunu monolitik bir çözüm olarak sunmuyor?


1
Neden bir karşılaştırıcı olarak geribildirim olmadan op-amp kullanmıyorsunuz? Bir pime referans voltajı, diğerine giriş voltajı ekleyin ve çıktınız raydan raya gitmelidir. Bu şekilde op-
amp'leri

7
Bu konuda analog tasarım uzmanları (örn. Analog Devices AN 849 ) tarafından birkaç PDF okudum ve doğrudan alıntı yapmak için "Ancak, karşılaştırıcı olarak bir op amp kullanmanın en iyi tavsiyesi çok basit - yapma !". Bu konuda onlarca yıllık tecrübem yok, bu yüzden ilk içgüdüm bu tavsiyeye uymak.
mic_e

İkinci düşüncede, haklı olabilirsin. Kendimi histerezis eklersem, Uygulama Notundaki hiçbir nokta geçerli görünmüyor. Yine de istenen yükselme süresini elde etmek için ikinci bir zincirleme op ampere ihtiyacım olabilir.
mic_e

Aşağıdaki cevaplar
yorumumu

Bu bir defalık bir tahta mı? Öyleyse, ofseti elle düzeltmeye dayanan bir çözüm kullanabilirsiniz.
boru

Yanıtlar:


28

Küçük bir farkla yüksek hız elde etmek zordur.

Karşılaştırıcıların sadece opamp'lardan daha yüksek giriş ofset voltajlarına sahip olmalarının yanı sıra, yüksek hız elde etmek için geniş bant canavarları oldukları için çok daha yüksek etkili gürültüye sahip olma eğiliminde olduklarını unutmayın.

Oliver Collins birkaç on yıl önce çok daha iyi sonuçlar elde ettiğinizi gösteren bir kağıt üretti, bu da her biri çıkışta tek kutuplu filtreleme olan bir veya daha fazla düşük gürültü, düşük kazançlı opamp aşamaları ile hızlı bir karşılaştırıcıdan önce gelirseniz, daha az zaman sarsıntısıdır. , dönüş hızını aşama aşama artırmak için. Herhangi bir giriş dönüş hızı ve son karşılaştırıcı için, optimum sayıda aşama, kazanç profili ve RC zaman sabitleri seçimi vardır.

Bu, başlangıç ​​opamplerinin karşılaştırıcı olarak değil, eğim yükselteçleri olarak kullanıldığı ve sonuç olarak son karşılaştırıcı için gerekli olacak çıkış dönüş hızına veya GBW ürününe ihtiyaç duymadıkları anlamına gelir.

Burada, iki aşamalı bir eğim yükselticisi için bir örnek gösterilmektedir. Optimum giriş dönüş hızına bağlı olduğundan hiçbir değer verilmez. Bununla birlikte, çıkış karşılaştırıcısını tek başına kullanmaya kıyasla, hemen hemen her kazanç profili bir gelişme olacaktır. Örneğin 10'luk bir kazanç ve ardından 100'lük bir kazanç kullandıysanız, denemeye başlamak için çok makul bir yer olurdu.

şematik

bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik

Açıkçası amplifikatörler zamanlarının çoğunu doygunluk içinde geçireceklerdir. RC filtrelerini boyutlandırmanın anahtarı, amplifikatörün doygundan orta noktaya en hızlı giriş dönüş hızında alması gereken sürenin seçilen RC tarafından iki katına çıkacağı bir zaman sabiti seçmektir. Zaman sabitleri açıkça amplifikatör zinciri boyunca azalır.

RC'ler, geri besleme kazanımı direncine yerleştirilen bir C değil, opamptan sonra gerçek filtreler olarak gösterilir. Bunun nedeni, bu filtrenin 6dB / oktavdaki gürültünün keyfi olarak yüksek frekanslara yüksek frekans zayıflamasını sürdürmesidir, oysa geri besleme döngüsündeki bir kapasitör, frekans birliğine ulaştığında filtrelemeyi durdurur.

RC filtreleri kullanmanın, eşiği geçen giriş ile onu tespit eden çıkış arasındaki mutlak zaman gecikmesini artırdığını unutmayın. Bu gecikmeyi en aza indirmek istiyorsanız, RC'ler atlanmalıdır. Bununla birlikte, RC'lerin sağladığı gürültü filtreleme, girişten çıkışa gecikmenin daha iyi tekrarlanabilirliğini elde etmenizi sağlar, bu da kendini daha düşük titreşim olarak gösterir.

Sadece gürültü ve ofset voltajı açısından yüksek performans gerektiren giriş opampıdır, sonraki tüm amplifikatörlerin özellikleri kazanımı ile rahatlatılabilir. Bunun tersine, ilk amplifikatörün, sonraki amplifikatörler kadar yüksek bir yüksek dönüş hızına veya GBW'ye ihtiyacı yoktur.

Bu yapının ticari olarak temin edilmemesinin nedeni, performansın nadiren gerekli olması ve optimum aşama sayısının, girdi dönüş hızına ve gereken spesifikasyonlara o kadar bağımlı olmasıdır, pazar küçük ve parçalanmış ve değmez peşinden gitmek. Bu performansa ihtiyacınız olduğunda, ticari olarak elde edebileceğiniz bloklardan oluşturmak daha iyidir.

IEEE İletişimde İşlemler, Cilt 44, No.5, Mayıs 1996, başlangıç ​​sayfası 601'de makalenin önü ve eğim büyütme aşamalarının sayısını ve kazancını değiştirdiğinizde elde ettiğiniz performansı gösteren bir özet tablosu aşamaların dağılımı. Tablo 3'ten, 1e6 eğim amplifikasyonu isteyen belirli bir durum için, performans 3 aşamanın üzerinde iyileşmeye devam ederken, iyileşmenin büyük kısmı sadece 3 aşamada gerçekleştiğini göreceksiniz.

resim açıklamasını buraya girin resim açıklamasını buraya girin


9

Çok düşük ofseti olan bu op-amperlerin (TLC2652 gibi), istediğiniz şey için (yaklaşık 2 MHz) çok düşük bir bant genişliği vardır, bu yüzden gerçekçi olarak elmaları elma ile karşılaştırmanız gerekir. Ayrıca, bu cihazın veri sayfasında belirtilmeyen, giriş ofset voltajının ortak mod giriş voltajıyla nasıl değiştiği. Bir karşılaştırıcı için, büyük ortak mod ofsetleri beklenir ve daha sık olmamakla birlikte, ideal sinyal koşullarında bir op-amperin ofset voltajı belirtilir.

Diğer bir gerçek, çoğu karşılaştırma devresinin histerezis kullanmasıdır ve çıkıştan gelen olumlu geri besleme besleme raylarına bağlı olduğundan ofset voltajı için herhangi bir muhteşem rakamdan daha ağır basar.

Ve karşılaştırmanızla ilgili temel sorun.

Filter parametresi olarak Vos'u seçtikten sonra TI listesine bakarsanız, 100 MHz veya daha fazla bant genişliğine sahip ilk op-amp OPA625'dir. 50 ns'de tam bir salınım sağlayan 250 uV beklentiniz, 100 MHz'deki AC kazancının 5 volt / 250 uV = 20,000 veya 86 dB olması gerektiği anlamına gelir. OPA625, 100 MHz'de 0 dB'nin altında bir açık döngü kazancına sahiptir.

Bu, karşılaştırmanızın tekrar kusurlu olduğu anlamına gelir. Karşılaştırma yaparken gerçekçi olmalısınız. 100 MHz'lik bir op-amp, çıkışlarını 250 uV diferansiyel giriş voltajı değişikliği ile 50 ns'de değiştirebilen bir karşılaştırıcıdan on yıl daha düşüktür.


OPA625 (Vos = 100µV, GBW = 120Mhz) ne olacak?
mic_e

Düzenlemelerime bak. OPA625 işe yaramaz bir karşılaştırma.
Andy aka

Ayrıca, histereziz olmadan fraksiyonel bir milivolt açmak genellikle geniş bantlı bir ortamda gürültüyü gürültüyle karşılaştırdığınız anlamına gelir ...
rackandboneman

Manuel histerezis için iki karşılaştırıcı ve bir RS flip flop kullanmayı planlıyorum.
mic_e

@mic_e histerezis seviyelerini kontrol etmenin iyi bir yolu!
Andy aka

1

Bu devreyi tasarlayalım. 50 nanosaniye yanıt istiyorsunuz, bu nedenle 1 / 50nS veya 20MHz bant genişliği başlangıçtaki BW'mizdir.

NEISE ZEMİN? YANLIŞ TRIGGER'ların düşük bir oluşum oranı için, gürültü gücünün sinyal gürültüsünden 10dB daha zayıf olması gerekir (% 0.1 Bit Hataları üretir). Toplam entegre gürültümüzün 250uV / 10dB veya 250uV / 3.16 veya 80 mikroVolts RMS olması gerekir. 20MHz BW'de.

Gürültü yoğunluğunu (ve böylece izin verilen Rnoise'i) bulmak için 80uV'yi sqrt (bW) veya 80u / sqrt (20,000,000) veya 80u / 4,500 veya 18 nanoVolts / rtHz'e böleriz. 1Kohm 4nanoVolts / rtHz olduğundan, 20.000 ohm Rnoise değerlerini kullanabiliriz.

3 fark kazanç aşamalı RCA / Harris CA3011 geniş bant amplifikatörünü öneriyorum. Veri sayfası (tipik olarak) 600 mikro volt girişinde sınırlanacağını ve sınırlı / kare dalga çıktısının hızlı bir karşılaştırıcıyı sürmek için kesinlikle uygun olduğunu söylüyor. Veri sayfası, 50 Ohm'dan 1: 2 giriş kademesi (rezonatör PI) verildiğinde NoiseFigure'un 4,5MHz'de 9dB olduğunu söylüyor.

Şimdi, bu belirsiz ofset voltajı hakkında ...

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.