高速比较器 ADCMP600/ADCMP601/ADCMP602：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，高速比较器是不可或缺的关键元件，它在众多高速信号处理和检测应用中发挥着重要作用。今天我们就来深入探讨一下 Analog Devices 公司的 ADCMP600、ADCMP601 和 ADCMP602 这三款高速比较器。

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一、器件概述

ADCMP600、ADCMP601 和 ADCMP602 是采用 Analog Devices 公司专有 XFCB2 工艺制造的高速比较器。它们具有输入范围宽（从 GND - 0.5 V 到 (V_{CC}+0.2 ~V) ）、低噪声、TTL/CMOS 兼容输出驱动以及可调节迟滞和/或关断输入等特点，使用起来非常灵活方便。

二、关键特性

电气特性

1. 输入特性：输入共模电压范围为 -0.2 V 到 (V{CC}+0.2 V) ，能适应较宽的输入信号范围。输入偏置电流和失调电流等参数在不同电源电压和温度条件下有明确的规格，例如在 (V{CCI}=V{CCO}=2.5 ~V) 、(T{A}=25^{circ} C) 时，P - N 失调电流为 -2.0 到 +2.0 µA。
2. 输出特性：输出级为低毛刺的 CMOS/TTL 兼容输出，能驱动高达 5 pF 的负载。在不同电源电压和负载电流下，输出高、低电平有相应的规定，如 (V{CCO}=2.5 V) 、(I{OH}=8 mA) 时，输出高电平 (V{OH}) 为 (V{CC}- 0.4 V) ；(I{OL}=8 mA) 时，输出低电平 (V{OL}) 为 0.4 V。
3. 速度特性：传播延迟极短，在 (V{OD}=50 mV) 、(V{CCO}=2.5 V) 时，传播延迟 (t_{PD}) 仅为 3.5 ns ，能满足高速应用的需求。
4. 功耗特性：功耗较低，在 3.3 V 电源下功耗为 10 mW 。不同电源电压下的电源电流和功耗也有详细规格，如 (V{CC}=2.5 V) 时，功耗 (P{D}) 为 7 - 9 mW 。
5. 电源特性：电源抑制比 > 50 dB ，能有效抑制电源波动对比较器性能的影响。电源电压范围为 2.5 V 到 5.5 V ，支持单电源和分离输入/输出电源供电方式。

其他特性

1. 迟滞和锁存功能：提供单引脚控制的可编程迟滞和锁存功能，增强了比较器的抗干扰能力和灵活性。
2. 工作温度范围：可在 -40°C 到 +125°C 的宽温度范围内正常工作，适用于各种恶劣环境。

三、应用领域

这些比较器的应用非常广泛，涵盖了高速仪器仪表、时钟和数据信号恢复、逻辑电平转换、脉冲光谱学、高速线路接收器、阈值检测、峰值和过零检测、高速触发电路、脉宽调制器、电流/电压控制振荡器以及自动测试设备（ATE）等领域。

四、设计要点

电源和接地布局及旁路

由于这些比较器是高速器件，为了实现指定的性能，必须采用适当的高速设计技术。关键在于使用低阻抗的电源平面（特别是输出电源平面 (V{CCO}) ）和接地平面（GND），建议在多层板中使用单独的电源平面。同时，要对输入和输出电源进行充分的旁路，在 (V{CCI}) 和 (V{CCO}) 电源引脚附近放置多个高质量的 0.01 µF 旁路电容，并通过冗余过孔连接到 GND 平面。如果输入和输出电源分开连接（(V{CCl} ≠V_{CCO}) ），要分别对这两个电源进行旁路，且不要在它们之间连接旁路电容。

TTL/CMOS 兼容输出级

要实现指定的传播延迟性能，需将容性负载保持在或低于指定的最小值。对于大扇出、总线或传输线，应使用适当的缓冲器来保持比较器的高速和稳定性。输出级的延迟受 (V{CCO}) 影响，当 (V{CCO}) 降低时，总传播延迟会减小，但电源不稳定可能会导致延迟分散增加。在对占空比精度要求较高的应用中，应使被驱动的逻辑在 (V_{CC}) 的 50% 处切换，并尽量减小负载电容。

锁存功能的使用和禁用

锁存输入设计具有很高的灵活性。可以将其悬空以实现固定迟滞，或连接到 (V_{CC}) 以消除迟滞，也可以由任何标准 TTL/CMOS 设备将其驱动为低电平以实现高速锁存。此外，该引脚还可以作为迟滞控制引脚使用，通过偏置电压和输入电阻来精确控制比较器的迟滞。

性能优化

为了获得指定的性能，必须采用正确的设计和布局技术。要尽量减少杂散电容、电感、电感电源和接地阻抗等布局问题，因为这些因素可能会严重限制性能并导致振荡。同时，要尽量减小源阻抗，因为高源阻抗与比较器的寄生输入电容结合会导致输入带宽下降，从而影响整体响应。

比较器迟滞

在噪声环境或差分输入幅度较小或缓慢变化的情况下，为比较器添加迟滞是很有必要的。ADCMP600 具有约 2 mV 的固定迟滞，而 ADCMP601 和 ADCMP602 提供可编程迟滞功能，通过连接外部下拉电阻或电流源到 LE/HYS 引脚，可以以可预测、稳定的方式改变迟滞量。

交叉偏置点

这三款比较器采用了双前端设计，在共模范围内的约 0.8 V 和 1.6 V 处会出现交叉点，此时偏置电流方向会反转，测量的失调电压和电流也会发生变化。

最小输入摆率要求

在额定负载电容和良好的 PCB 设计实践下，这些比较器在任何输入摆率下都应是稳定的，不会出现大多数其他高速比较器常见的剧烈抖动现象。但如果存在额外的容性负载或旁路不佳，可能会出现振荡。

五、封装和订购信息

ADCMP600 提供 5 引脚 SC70 和 SOT - 23 封装，ADCMP601 提供 6 引脚 SC70 封装，ADCMP602 提供 8 引脚 MSOP 封装。在订购时，可根据不同的温度范围和封装类型选择合适的型号。

综上所述，ADCMP600/ADCMP601/ADCMP602 高速比较器凭借其出色的性能和丰富的功能，在高速电子设计领域具有广阔的应用前景。但在实际设计过程中，工程师们需要充分考虑其各项特性和设计要点，以确保设计出高性能、稳定可靠的电路。大家在使用这些比较器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。