高速10 GHz窗口比较器HMC974LC3C：特性、应用与设计要点

在高速电子设计领域，窗口比较器是一种关键的组件，它能够精确地判断输入信号是否在预设的两个参考电平之间。今天，我们就来深入探讨Analog Devices公司的一款高速10 GHz窗口比较器——HMC974LC3C。

文件下载：HMC974.pdf

一、产品概述

HMC974LC3C是一款采用硅锗（SiGe）技术的单片式超快速窗口比较器，具有电平锁存的降低摆幅正发射极耦合逻辑（RSPECL）输出驱动器。它有三个输出端口，可以检测模拟输入信号是高于、低于还是介于输入提供的两个参考电平之间。

特性亮点

1. 高速性能：传播延迟低至88 ps，在50 mV过驱动时传播延迟仅为20 ps，最小可检测脉冲宽度为60 ps，这些特性使其能够满足高速应用的需求。
2. 低功耗：功率耗散仅为240 mW，在追求高性能的同时兼顾了低功耗设计。
3. 小封装：采用16引脚2.9 mm × 2.9 mm的LCC封装，节省了电路板空间。
4. 差分锁存控制：为设计提供了更多的灵活性和控制能力。

应用场景

• 自动测试设备（ATE）：在高速测试中准确判断信号是否在合格范围内。
• 高速仪器仪表：实现对高速信号的精确测量和监控。
• 时钟和数据恢复：确保数据的准确传输和恢复。
• 半导体测试系统：用于半导体器件的性能测试。
• 电子战系统中的阈值检测：快速识别信号是否超过预设阈值。

二、详细规格

直流输入特性

• 差分电压：范围为 -2 V。
• 失调电压：在WIN引脚与RT引脚或RB引脚之间测量，范围为 -10 mV至 +10 mV。
• 偏置电流：典型值为 ±4 μA。
• 输入阻抗：WIN、RT、RB引脚与WIT引脚之间的输入阻抗均为50 Ω。
• 共模输入电压范围： -1.5 V至 +1.5 V（WIT到GND）。

锁存使能特性

• 输入低电压（VIL）：最大为1.6 V。
• 输入高电压（VIH）：最小为2.2 V。
• 阻抗：7.8 kΩ，如果未驱动，器件处于未锁存状态。

直流输出特性

• 输出电压：高电平VOH（50 Ω到0 V）典型值为1.06 V，低电平VOL（50 Ω到0 V）典型值为0.73 V。
• 输出电压摆幅：WOUTB为300 - 420 mV，URB和ORB为320 - 440 mV。

交流性能

• 传播延迟色散：对于VOD > 50 mV，典型值为20 ps。
• 上升时间和下降时间：ORB、WOUTB、URB的上升时间典型值为25.3 ps，下降时间典型值为21.9 ps。
• 最小可检测脉冲宽度：60 ps（VCM = 0 V；±100 mV过驱动电压）。
• 等效输入带宽：典型值为11 GHz。
• 输入到输出延迟：典型值为88 ps。
• 锁存到输出延迟：典型值为83 ps。
• 最大输入压摆率：5 V/ns。
• 噪声（折合到输入）：典型值为6 nV/√(Hz)。
• 随机抖动（rms）：在5 Gbps和±100 mV过驱动时为0.2 ps rms。
• 确定性抖动（峰 - 峰）：在5 Gbps和±100 mV过驱动时为2 ps。

电源特性

• 负电源（VEE）：范围为 -3.15 V至 -2.85 V。
• 正电源电压输入级（VCCI）：范围为3.135 V至3.465 V。
• 正电源电压输出级（VCC0）：范围为1.8 V至3.465 V。
• 正电源电流输入级（ICCI）：典型值为15 mA。
• 正电源电流输出级（ICCO）：典型值为70 mA。
• 负电流（IEE）：典型值为31 mA。
• 功率耗散（PD）：典型值为240 mW。

三、工作原理

HMC974LC3C有两种工作模式：跟踪模式和锁存模式。

跟踪模式

在跟踪模式下，比较器会实时判断输入信号的状态：

• WOUTB输出：表示信号在窗口电压值RT和RB之间。
• ORB输出：表示信号高于窗口电压值RT。
• URB输出：表示信号低于窗口电压值RB。

锁存模式

通过锁存使能引脚（LE和LE）可以控制输出数据的锁存。当LE和LE满足相应的电压条件时，输出数据将被锁存，方便后续处理。

四、电源时序

正确的电源时序对于HMC974LC3C的正常工作至关重要。

上电顺序

1. 首先提供VEE电源。
2. 然后提供VCCI和VCC0（如果VCC0 = VCCI）。
3. 最后提供VCC0（如果与地不同）。

下电顺序

与上电顺序相反：

1. 先关闭VCC0（如果与地不同）。
2. 再关闭VCCI和VCC0（如果VCC0 = VCCI）。
3. 最后关闭VEE。

同时，要注意在施加输入信号（WIN和WIT）之前给HMC974LC3C供电，在断电之前移除输入信号。

五、典型性能特性

色散与过驱动电压关系

从图7可以看出，不同共模输入电压（VCM）下，色散随过驱动电压的变化情况。这对于理解比较器在不同过驱动条件下的性能稳定性非常重要。

输出电压摆幅与温度关系

图8展示了输出电压摆幅随温度的变化曲线，工程师可以根据这个特性来评估比较器在不同温度环境下的性能。

输出上升和下降时间与温度关系

图9显示了输出上升和下降时间随温度的变化，这对于高速信号的处理和传输至关重要。

输出电压电平与温度关系

图10给出了输出高电平（VOH）和低电平（VOL）随温度的变化情况，有助于确保输出信号的稳定性。

电源电流与温度关系

图11展示了电源电流（VCCI、VCC0、VEE）随温度的变化，对于电源设计和功耗评估有重要意义。

六、评估板与应用电路

评估板

评估板EVAL - HMC974LC3C提供了一个方便的测试平台，它采用了Rogers 4350或Arlon 25FR材料。评估板上包含了各种电容、引脚和接口，方便工程师进行测试和验证。

典型应用电路

图15给出了典型应用电路，展示了如何将HMC974LC3C与示波器等设备连接，实现对高速信号的处理和监测。

七、绝对最大额定值

在使用HMC974LC3C时，必须注意其绝对最大额定值，如输入电源电压、输出电源电压、输入电压、差分输入电压、输出电流、结温等。超过这些额定值可能会导致产品永久性损坏。同时，该器件是静电放电（ESD）敏感设备，需要采取适当的ESD防护措施。

八、订购指南

HMC974LC3C有多种型号可供选择，如HMC974LC3C、HMC974LC3CTR、HMC974LC3CTR - R5等，它们均符合RoHS标准。此外，还有对应的评估板可供购买，方便工程师进行开发和测试。

综上所述，HMC974LC3C以其高速、低功耗、小封装等优点，在高速电子设计领域具有广泛的应用前景。工程师在使用时，需要根据具体的应用需求，合理设计电路，注意电源时序和ESD防护，以充分发挥其性能优势。大家在实际应用中是否遇到过类似窗口比较器的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。