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新的超快比较器:轨对轨输入和2.4V操作允许在低电源上使用

来源:analog 发布时间:2023-11-08

摘要: LT1711系列超快比较器具有完全差分轨对轨输入和输出,并在低至2.4V的电源上运行,允许在低电压下不受约束地应用。

新的LT1711系列超快比较器具有完全差分轨对轨输入和输出,并在低至2.4V的电源上工作,允许在低电压下不受约束地应用。LT1711(单)和LT1712(双)被指定为4.5ns的传播延迟和100MHz的切换频率。低功耗LT1713(单)和LT1714(双)被指定为7ns的传播延迟和65MHz的切换频率。所有这些比较器都配备齐全,支持多电源应用,并具有锁存使能引脚和互补输出,如流行的LT1016, LT1671和LT1394。它们有MSOP和SSOP封装,在2.7V, 5V和±5V电源上完全指定商业和工业温度范围。

电路描述

图1显示了LT1711到LT1714的简化示意图。前端由8个电流源和汇组成,为由Q3-Q4(由快速二极管D11-D12保护)和Q1-Q2(由D1-D2保护)组成的NPN和PNP差分对供电。这种方法使输入真正完全差分和非相互作用,不像诉诸电阻和二极管钳位的方法。即使输入在相反的轨道上,输入偏置电流仍然是输入晶体管基极电流的一个简单函数,并且保持在µa区域。两个输入级馈送电平移位晶体管Q5-Q6,剩余的差分电压增益电路以令人愉快的对称性流向输出。请注意,通道是相同的,极性尚未分配,因此在布局上可互换。这种对称性仅被锁存使能电路破坏,而所有晶体管都很好地匹配,互补6GHz f(T) bjt,这一事实增强了对称性。每个输出级结束在两个贝克钳位共发射极晶体管,允许全轨道到轨道输出摆动。所有的比较器保证全5V TTL输出能力在温度下,即使只有3V供电。输出上升和下降时间很快,LT1711和LT1712为2ns, LT1713和LT1714为4ns。抖动是所有单片比较器中最低的,LT1711和LT1712为11ps(RMS), LT1713和LT1714为15ps(RMS)。


图1所示 LT1711-LT1714简化示意图

一些应用程序

同时全双工75MBaud接口,只有两根线

图2的电路显示了一个简单的、完全双向的差分2线接口,使用低功耗LT1714,可以提供75MBaud的良好结果。单向通信和双向通信条件下的眼图如图3和图4所示。虽然不像图3的单向性能那样原始,但同时双向操作下的性能仍然非常出色。由于LT1714的输入电压范围在两个供电轨之外延伸100mV,因此该电路在±3V的接地电位差下工作。


图2 75MBaud全双工双线接口


图3 图1单向运行电路的性能;眼睛睁大(游标显示位间隔为13.3ns或75MBaud)


图4 图1同时双向工作电路的性能相声表现为噪音。眼睛稍微闭上,但性能仍然很好

电路工作良好的电阻器值显示,但其他组的值可以使用。起点是双绞线电缆的特性阻抗Z(O)。电阻网络的输入阻抗应与特性阻抗匹配,由式给出:


对于所显示的值,输出到120欧姆。Thevenin等效源电压为:


与所示值相比,这相当于0.0978的衰减因子。(由于120欧姆 Z(O),线路上的实际电压将再次减半。)这个衰减系数很重要,因为它是决定接收器路径中R2、R3电阻分压器比例的关键。该分压器允许接收器拒绝本地发射器的大信号,而感知远程发射器的衰减信号。注意,在上面的方程中,R2和R3还没有完全确定,因为它们只显示为和。这使得设计人员现在可以对它们的值施加额外的约束。R2、R3分频比应设为上述衰减系数的二分之一或R3/R2 = 1/2·0.0976。

作者已经将R2 + R3设计为2.653k欧姆(通过分配R(O), R1和R2 + R3之间的输入阻抗来获得所需的120欧姆),然后R2和R3分别变为2529欧姆和123.5欧姆。R2最接近的1%值是2.55k, R3最接近的1%值是124欧姆。

1MHz系列谐振晶体振荡器与方波和正弦波输出

图5展示了一个经典的1MHz串联谐振晶体振荡器。在串联谐振时,晶体是一个低阻抗,正反馈连接在串联谐振频率处产生振荡。RC反馈到-输入,确保电路没有找到一个稳定的直流工作点,拒绝振荡。比较器输出为1MHz方波(图6的顶部轨迹),在5V电源下抖动测量值为28ps(RMS),在3V电源下抖动测量值为40ps (RMS)。在比较器的引脚2处,在晶体的另一侧,是一个干净的正弦波,除了存在小的高频故障(图6的中间迹线)。这种故障是由比较器输出的快速边缘通过晶体电容反馈引起的。正弦波的振幅稳定性是由正弦波基本上是方波的滤波版本这一事实来维持的。(2)正弦波由快速、低噪声的LT1806运放滤波和缓冲。为了消除故障,LT1806配置为Q为5的带通滤波器,单位增益中心频率为1MHz。最后的正弦输出是图6的底部轨迹。在第二和第三次谐波上分别测量到-70dBc和-55dBc的失真。


图5 LT1713比较器配置为串联谐振晶体振荡器;LT1806运放配置为Q为5,f(C)为1MHz的带通滤波器


图6 V(S) = 3V的振荡器波形:迹线A =比较器输出;迹线B =晶体反馈到LT1713引脚2;迹线C = LT1806的缓冲、倒转和带通滤波输出

结论

新型LT1711系列快速比较器的全差分轨对轨输入使它们在各种应用中都很有用。该系列的高速、低抖动性能,加上其小封装尺寸和2.4V工作,使其在PCB占用空间昂贵且带宽功率比必须优化的地方具有吸引力。


注:

(1)采用R2 + R3 = 2.653k的设计值,而不是2.55k + 124欧姆 = 2.674k的实现值。

(2)振幅将是比较器输出摆幅的线性函数,它依赖于电源,因此是可调的。这里的重要区别在于,任何增加的幅度稳定或控制回路都不会面临避免非振荡区域与削波区域的经典任务。

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