影响比较器传播延迟测量的参数

比较器的关键规格之一是传播延迟，即信号从比较器输入传播到输出所需的时间。无论是作为电池供电应用中的阈值检波器，还是在高速信号处理板上，比较器的传播延迟通常是工程师在选择合适的器件时想知道的第一个参数。不幸的是，传播延迟规范在它所揭示或不揭示的信息方面可能而且通常是模糊的或误导性的。这是因为有几个因素会影响传播延迟规格，但数据手册中通常不会讨论这些因素。影响传播延迟的因素有：测量方式、过驱量、电源电压、输出驱动器电源电压、容性负载、共模电压、配置（反相或同相）、测量边沿（上升或下降）和温度。

测量传播延迟

要了解传播，必须首先查看正在测量的内容。假设有一个理想的比较器（无失调电压）。比较器基本上比较两个输入信号，当一个输入信号超过另一个输入信号时，输出跳闸。但输出不会瞬时改变;当信号在到达输出之前通过内部电路（传播）时，存在延迟。需要注意的是，传播延迟定义为输出达到输出值的50%的点，而不是完整值。此名称与输出负载相结合，是可能导致电路测量的延迟时间长于预期延迟时间的几个因素之一。

图1.测量传播延迟

通常说

传播延迟通常是一个典型的规格，这意味着给出的值未经生产测试或保证。由于工艺和晶圆厂的变化，除了正常的统计变化外，典型值的范围可能相当大。对所有值求平均值将得到一个接近预期值的值，但单个IC可能具有测量的传播延迟规格，实际上根本不那么典型。当有保证的规格时，它可能包括一个注释，经过进一步检查后发现设备经过样品测试，由相关性保证或由设计保证。广受欢迎的业界标准 LT1016 双通道 10ns 比较器就是这样一个示例。以下是数据手册中的传播延迟规格，并保证最大数量。经过进一步检查，注4指出“ tPD不能在超速驱动值低的自动处理设备中测量。LT1016 采用一个 1V 步进和 500mV 过驱动进行样本测试。相关测试表明，如果执行额外的直流测试以保证所有内部偏置条件正确，则此测试可以保证显示的tPD限值。

图2.LT1016 EC 表传播延迟

凌力尔特最新的高速比较器在数据手册中提供了有保证的规格。LTC6752 2.9ns CMOS 输出比较器的传播延迟规格如下所示。注8仅显示信号步长（150mV）。

图3.LTC6752 EC 表传播延迟

LTC6754 1.8ns LVDS 输出比较器还具有一种保证的传播延迟规格。由于其速度，LVDS输出被提供以简化数字接口时钟要求。

进入超速状态 

影响传播延迟的因素之一是施加到比较器的过驱量;过载越高，传播延迟越快。因此，在不知道过载量的情况下查看传播延迟可能会产生误导。ATE客户意识到了这一点，通常会要求提供如下所示的色散图，该图显示传播延迟是过驱的函数。色散也是一个典型值，但当与典型传播延迟结合使用时，可以使用比较器时预期的预期传播延迟值提供更窄的范围。在某些情况下，使用传播延迟较慢但色散较窄的比较器可能比使用传播延迟稍快但色散较宽的器件更为有利。下图显示了 LT1719 单通道 4.5ns 3V/5V 比较器的传播延迟与输入过驱动的关系。

图4.LT1719 传播延迟与输入过驱的关系

调高果汁

影响传播延迟规格的另一个因素是电源电压。下图显示了 LTC6752 单通道 2.9ns 比较器和 LT1719 的电源电压如何随电源电压变化而变化。变化量取决于电源电压或器件优化范围，但对于单电源系统，通常较低的电源电压通常意味着较慢的传播延迟。对于 LT1719，该图显示，只要 VEE 上存在一个负电源电压，传播延迟就会随着正电源的变化而变化不大。

图5.LTC6752 传播延迟与电源电压的关系

输出端的电压更高

一些比较器具有用于输出驱动器和输出逻辑电平的单独电源引脚。与电源引脚类似，输出驱动器电源电压会影响传播延迟的速度。一般来说，输出驱动器电压越高，传播延迟越快。下图突出显示了这种关系。

图6.传播延迟与输出驱动器电源电压的关系

你能扛起这个重担吗？

测量传播延迟时，比较器输出端的负载在制造商之间不一致，并且在同一制造商内通常不一致。电表容性负载通常在10pF至20pF范围内，但杂散电容和重容性负载会对传播延迟产生重大影响。

图7.传播延迟与容性负载的关系

不常见的共模电压变化

比较器的输入共模电压会影响传播延迟。对于由PNP对和NPN对组成的轨到轨输入比较器，这种影响可能非常明显，NPN对在不同的输入共模范围内处于活动状态。下图显示了传播延迟如何随着多个比较器的共模电压变化而变化。在第一个图中，下降沿数据（红色）显示由于这种效应，传播发生了 13% 的变化。对于上升沿数据，这种变化要不那么明显。一些比较器在共模电压中表现出阶跃，而不是在此转换点处出现尖峰。在图10中，传播延迟随着共模接近供电轨而增加，导致延迟略有增加。

图8.传播延迟与共模电压的关系示例1

图9.传播延迟与共模电压的关系示例2

图 10.传播延迟与共模电压的关系示例3

反转或不反转，这是个问题

拓扑可以在传播延迟中发挥作用。比较器可以被认为是一个运行开环且没有线性输出级的放大器。像和放大器一样，它可以配置为同相或反相配置。下面的示波器照片显示了采用反相和同相配置的 LT6700/3 微功率 18ns 比较器系列的传播延迟。从图中可以看出，上升沿同相传播延迟约为24μs，下降沿约为20μs。对于反相配置，下降沿延迟为40μs，上升电阻为10μs。

图 11.反相和同相传播延迟示波器照片

选择你的优势

有时上升沿和下降沿的传播延迟相似，有时则偏斜。当数字不相同时，最佳规格通常显示在数据手册的首页上。下图虽然在上面的另一个例子中使用，但是一个很好的观察图，可以看到上升沿和下降沿延迟之间的差异。在查看两个比较器时，请务必确保比较相同的传播延迟边沿。

图 12.上升和下降传播延迟差异

有人能把热量调高吗？

温度是我们提到的传播延迟变化的最后一个规格。虽然没有保证和生产测试，但人们通常可以在数据手册中找到显示两个参数之间温度关系的图表。有时这种关系是相当线性的;其他时候，一点也不;这实际上取决于比较器的设计。下面几张图表显示了 LTC6752 和 LT1719 高速比较器之间的关系。请注意，在某些情况下，温度变化可能超过 20%，而在其他情况下，温度变化占室温值的百分比相当小。

图 13.传播延迟与温度的关系示例1

图 14.传播延迟与温度的关系示例2

武装并准备明智地选择

希望这已经揭开了传播延迟测量的一些微妙之处。凌力尔特提供多种比较器，按高速（≥500ns 传播延迟）、微功耗（≤110μA 典型电源电流）、特定应用和高温分组。

审核编辑：郭婷