高速比较器 ADCMP572/ADCMP573：特性、应用与设计要点

在高速电子设计领域，比较器的性能对整个系统的稳定性和数据处理速度起着至关重要的作用。今天我们要深入探讨的是 Analog Devices 公司的两款超高速比较器——ADCMP572 和 ADCMP573，它们基于该公司专有的 XFCB3 硅锗（SiGe）双极工艺制造，具备一系列出色的特性。

文件下载：ADCMP572.pdf

一、产品特性

1. 电气性能优越

• 传播延迟极短，仅 150 ps，最小脉冲宽度为 80 ps，随机抖动低至 200 fs rms（RJ），能够满足 10 Gbps 的高速数据处理需求。
• 过驱动和压摆率色散通常小于 15 ps，在不同输入条件下能保持稳定的性能。
• 等效输入带宽高达 8 GHz，可处理高频信号。
• 最高-toggle 速率可达 12.5 Gbps，能实现高速信号的快速切换。
• 确定性抖动（DJ）低至 10 ps，确保信号的准确性和稳定性。

2. 电源灵活性高

支持单 3.3 V 正电源，输入信号范围为−0.2 V 至 +1.2 V；也可采用分离的输入/输出电源，以支持更宽的−0.2 V 至 +3.2 V 输入信号范围和独立的输出电平范围。

3. 输入保护与可编程特性

• 两个输入引脚均配备 50 Ω 片上终端电阻，可根据需要选择是否连接，以适应高阻抗输入的应用场景。
• 输入具有强大的保护功能，即使输入信号超出有效范围，输出也不会发生相位反转。
• 具备电阻可编程迟滞功能，可根据实际需求调整迟滞大小。
• 支持差分锁存控制，方便实现信号的锁存和处理。

4. 温度范围广

可在−40°C 至 +125°C 的扩展工业温度范围内正常工作，适用于各种恶劣环境。

二、应用领域

1. 信号处理与恢复

用于时钟和数据信号的恢复和电平转换，确保信号的准确性和稳定性。在自动测试设备（ATE）中，对于高速信号的精确测试和处理至关重要。

2. 高速仪器仪表

在高速仪器仪表中，能够快速准确地比较信号，实现高精度的测量和控制。

3. 光谱分析与医疗领域

在脉冲光谱学中，可用于快速检测和分析脉冲信号；在医疗成像和诊断设备中，有助于提高图像的清晰度和诊断的准确性。

4. 高速通信与触发

作为高速线路接收器，可有效接收和处理高速数据信号；在阈值检测、峰值和过零检测以及高速触发电路中也有广泛应用。

三、功能框图与输出级设计

1. 功能框图

ADCMP572 和 ADCMP573 的功能框图展示了其主要引脚和信号流向。主要引脚包括输入引脚（VP、VN）、输出引脚（Q、Q）、锁存使能引脚（LE、LE）以及迟滞控制引脚（HYS）等。

2. 输出级设计

• CML 输出级：ADCMP572 的 CML 输出级可直接将 400 mV 驱动到 50 Ω 传输线中，传输线终端电压范围为 3.3 V 至 5.2 V，适用于高速信号传输。
• RSPECL 输出级：ADCMP573 的 RSPECL 输出级可将 400 mV 驱动到 50 Ω 终端电阻中，终端电压为 (V_{cco}-2 ~V)，与多种常用的 PECL 逻辑系列兼容。

四、设计要点

1. 电源与接地布局

• 由于这两款比较器是高速 SiGe 器件，使用低阻抗电源平面至关重要，特别是输出电源平面（VCCO）和接地平面（GND）。建议采用多层板设计，为开关电流提供最低电感的返回路径。
• 输入和输出电源需要进行充分的旁路处理。在每个电源引脚附近放置 1 μF 电解旁路电容，并在 (VCC) 和 (Vcco) 引脚附近尽可能靠近地放置多个 0.01 μF 高质量旁路电容，通过冗余过孔连接到 GND 平面。

2. 输出级匹配

为了实现指定的传播延迟色散性能，必须使用适当的传输线终端。ADCMP572 的输出应正确端接到 VCCO 电源平面，ADCMP573 的输出应端接到 (V_{cco}-2 ~V)。如果直接终端电压不可用，也可使用戴维南等效终端网络。

3. 锁存功能的使用与禁用

• ADCMP572：可通过将 (overline{LE}) 引脚通过外部下拉电阻连接到 GND，并将 LE 引脚悬空来禁用锁存功能。电阻值根据 (V{CCO}) 的不同而有所变化，当 (V{CCO}=3.3 ~V) 时，电阻应为 750 Ω；当 (V_{CCO}=5.2 ~V) 时，电阻应为 1.2 kΩ。
• ADCMP573：将 (VTI) 引脚外部连接到 (V_{cco}-2 ~V) 的 PECL 终端电源，然后将 LE 引脚通过 500 Ω 外部电阻连接到 (Vcco)，并将 (overline{LE}) 引脚悬空，即可禁用锁存功能。

4. 高速性能优化

• 输入和输出匹配对数据相关（或确定性）抖动（DJ）和脉冲宽度色散性能有显著影响。可根据需要连接或断开 (V{TP}) 和 (V{TN}) 引脚，以实现 50 Ω 输入终端。
• 当不使用输入终端时，应确保引脚悬空，避免外部下拉或旁路电容。同时，为了减少反射，驱动源阻抗应尽量不超过 50 Ω。

5. 迟滞设置

通过将 HYS 引脚通过外部下拉电阻连接到 GND，可实现可编程迟滞功能。将 HYS 引脚悬空可禁用该功能，此时迟滞小于 1 mV。最大迟滞约为 ±25 mV（引脚接地时）。

6. 最小输入压摆率要求

为确保设备在输入信号过阈值时不发生振荡，输入信号的最小压摆率应达到 50 V/μs。提高输入信号的压摆率和/或减少输入电阻的带宽可大大降低抖动。

五、典型应用电路

文档中给出了多个典型应用电路，如过零检测器、LVDS 到 50 Ω 背端 RSPECL 接收器、比较器等。这些电路展示了 ADCMP572/ADCMP573 在不同场景下的具体应用，为工程师的设计提供了参考。

六、总结

ADCMP572 和 ADCMP573 超高速比较器凭借其出色的电气性能、灵活的电源方案、强大的输入保护和可编程特性，在高速电子设计领域具有广泛的应用前景。但在实际设计过程中，工程师需要充分考虑电源布局、输出匹配、锁存功能、迟滞设置等因素，以确保实现最佳的性能。你在使用这类高速比较器时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。