Transcript Komparatori
Komparatori
Komparatori su bistabilna kola koja porede dva analogna signala na ulazu i u zavisnosti od
ishoda komparacije na izlazu daju signal jedne ili druge vrednosti
Idealni komparator
Realni komparator
•Statičke karakteristike
-pojačanje u prelaznoj zoni
-naponski ofset
-ulazna otpornost i kapacitivnost
-opseg napona srednje vrednosti na ulazu
(Input Common-Mode Range)
-Šum
VOH VOL VOH VOL
V 0
V
VIH VIL
AV lim
•Rezolucija komparatora je promena ulaznog napona koja odgovara maksimalnoj promeni izlaznog
napona V V , v
V V
OH
OL
IN min
IH
IL
•Model komparatora
VOH ,
V p Vn VIH
f1 V p Vn AV V p Vn , VIL V p Vn VIH
VOL ,
V p Vn VIL
•Dinamičke karakteristike
-vreme odziva tp (response time) se
odredjuje kada se ulaz komparatora pobudi
signalom oblika Heavisideove odskočne
funkcije
-Ovo vreme je funkcija amplitude ulaznog
signala
-Kada do izražaja ne dolazi slew-rate
komparatora određivanje vremena odziva
se
izvodi
pomoću
frekvencijske
karakteristike komparatora
Primer 1
a) Na minus ulazu komparatora je napon nula. Ako se na drugi ulaz dovodi Heavisideova odskočna
funkcija amplitude Vinmin, a funkcija prenosa komparatora je jednopolna, odrediti vreme odziva tp.
b) Koliko je vreme odziva ako je amplituda pobude Vin=k*Vinmin, k=10?
c) Ako je slew-rate komparatora SR, odrediti minimalnu vrednost k pri kojoj se vreme odziva više ne
smanjuje.
a)
Av s
Av 0
1 s c
Vin min
VOH VOL
Av 0
vOUT t Vin min Av 0 1 e t / C
VOH VOL
1
t /
1 e p C t p t p max C ln 2
2
2
V
1
2k
t /
k 1 e p C t p C ln
, k in
2
2k 1
Vin min
t t p vOUT t p
b)
c) Sa povećanjem k vreme odziva se smanjuje sve dok slew-rate komparatora ne dodje do izražaja.
Tada je
tp
VOH VOL
2SR C
VOH VOL
2k
1 e
C ln
k V V
2 SR
2k 1
2 OH OL
e 2SR C 1
Tipovi komparatora
•bez povratne sprege (open-loop)
•regenerativni
•prekidačko-kapacitivni
•kombinovani- open-loop komparator na ulazu i latch na izlazu
Komparatori bez povratne sprege (open-loop)
Dvostepeni diferencijalni komparator
Folded Cascode CMOS komparator
MC 14574 (Motorola)
Q9-Q10 i Q11-Q12 minimiziraju kašnjenje
I imaju veći odnos W/L
Iset=50uA
tr t f 100 ns (Cload 50 pF)
Vreme kašnjenja 1us
Slew-rate=2,7 V/us
Kompenzacija ofseta
1
2
Kompenzacija ofseta
Zbog jediničnog pojačanja i kapacitivnog
potrošača
potrebna
je
dodatna
kompenzacija OPAMP-a
(a)
Generalizovana šema automatske kompenzacije ofseta
(b)
Šema automatske kompenzacije ofseta kod: (a) neinvertujućeg i (b) invertujućeg komparatora
Regenerativni komparatori (sa histerezisom)
•Invertujući
•Neinvertujući
•Invertujući sa dinamičkim
histerezisom
Komparatori sa internim histerezisom
W / L 5 / W / L 3
1 pojacavac
1 Latch
1 regenerativni komparator
Gornji prag:
i2 i5 i3
W / L 5 W / L 5
i
W / L 3 1 W / L 3
i1 i2 I0 i1
I0
I0
, i2
1
1
VTH vGS 2 vGS1
2
nCox W / L 1,2
i2 i1
VTH vGS 2 vGS1
2
nCox W / L 1,2
i2 i1
VTH
2I0
1
nCox W / L 1,2 1
Donji prag:
VTL
2I0
1
nCox W / L 1,2 1
Prekidačko-kapacitivni komparatori
•Sa jednim izlazom
Cp-parazitna kapacitivnost
vC 1 v1 VOS , vCP 1 VOS
vC
v V C VOS CP AV
vOUT 2 A 2
1 OS
OS
C CP
C CP
C CP
vOUT 2 A v2 v1
C
A v1 v2
C CP
•Sa diferencijalnim izlazom (fully-differential)
vC1 1 Vin vS , vC 2 1 Vin vS
vA 2 Vin Vin vS , vB 2 Vin Vin vS
vA 2 Vin Vin , vB 2 Vin Vin
Open-loop komparator na ulazu i latch na izlazu
2 1 Q1,2,3,4,7 on dif. komparator
2 0 Q3,4,5,6,7 bistabilni latch
Napon na izlazu latcha zavisi od napona na njegovim ulazima
u trenutku uključenja
• Open-loop kaskadno i latch
Vreme odziva je određeno kašnjenjem u kolu open-loop komp.
High-Speed komparatori
n – kaskadno povezanih open-loop komparatora sa
latch kolom na izlazu
• koliko treba da je n, da bi ukupno kašnjenje kroz kolo bilo minimalno?
•Minimalno kašnjenje nastaje za n 6, A e
•Implementacija se obavlja sa n 3, A 6
jer se tako dobija slično kašnjenje, ali je
znatno manja površina potrebna u
integrisanom kolu
n 3, t p t3 t L