設(shè)計(jì)目標(biāo)

設(shè)計(jì)說明

信號(hào)恢復(fù)電路在數(shù)字系統(tǒng)中用來檢索失真時(shí)鐘或數(shù)據(jù)波形。由于存在雜散電容、雜散電感或傳輸線反射，這些時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)在長跡線上會(huì)衰減和失真。該比較器用于檢測(cè)衰減和失真的輸入信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為滿度數(shù)字輸出信號(hào)。動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)電壓將連接到比較器的反相終端，該端從輸入信號(hào)中提取共模電壓。

設(shè)計(jì)說明

1. 選擇具有低輸入失調(diào)電壓和快速傳播延遲的比較器。
2. 使用切換頻率大于輸入信號(hào)頻率的比較器，這樣可正確地處理傳入數(shù)字信號(hào)。如果數(shù)據(jù)表中沒有規(guī)定下限值，則 30% 的裕量足以滿足工藝和溫度變化要求。
3. 如果還需要電平轉(zhuǎn)換，請(qǐng)使用具有獨(dú)立輸入和輸出電源的比較器。
4. 如果需要差分輸出，請(qǐng)使用具有兼容輸出級(jí)（例如 TLV3605 上與 LVDS 兼容的輸出）的比較器。
5. 信號(hào)應(yīng)繞動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)的波形中點(diǎn)對(duì)稱，從而準(zhǔn)確地確定輸入信號(hào)的共模電壓。對(duì)于占空比超出 30% 至 70% 的信號(hào)，動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)必須替換為外部基準(zhǔn)源。

設(shè)計(jì)步驟

1. 比較比較器的切換頻率上限，確保能夠處理輸入信號(hào)。該參數(shù)通常在比較器數(shù)據(jù)表中指定。如果未指定該值，請(qǐng)參閱以下部分的粗略估算指南。該比較器 TLV3603 的切換頻率為 325MHz。
2. 將比較器的同相輸入設(shè)置為輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。
3. 使用電容器 C₁ 和電阻器 R₁ 從低通網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)。將網(wǎng)絡(luò)的輸入連接到同相輸入端，將輸出連接到反相輸入端。
4. 調(diào)整動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)值的大小，使其截止頻率明顯低于輸入信號(hào)的工作頻率，同時(shí)確保網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)足夠小，從而實(shí)現(xiàn)最大響應(yīng)度。將 C₁ 設(shè)為 0.1μF，將時(shí)間常數(shù) $\tau$ 設(shè)計(jì)為 10μs，計(jì)算需要的電阻器值：
   $\tau =R_1{C}_1$
   ${\text{10μs = R}}_1{\text{(100nF) ? R}}_1\text{ = 100Ω}$
   使用求解的電阻值，確保截止頻率仍然明顯低于輸入信號(hào)頻率。
   $f_{\mathrm{cutoff}}=\frac{1}{2\pi R_1{C}_1}=\frac{1}{\mathrm{2\pi }\left(100\Omega \right)\left(100nF\right)}=\mathrm{15.915kHz}?1\mathrm{GHz}$
   時(shí)間常數(shù) $\tau$ 與 f_cutoff 成反比。τ 越快 動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)輸出節(jié)點(diǎn)對(duì)輸入的反應(yīng)越強(qiáng)，同時(shí)將截止頻率推高。然而，如果動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)的截止頻率接近輸入信號(hào)的工作頻率，網(wǎng)絡(luò)的輸出就無法正確濾除輸入信號(hào)的高頻分量，從而無法產(chǎn)生穩(wěn)定的直流基準(zhǔn)電壓來與輸入信號(hào)進(jìn)行比較。

   平衡信號(hào)的準(zhǔn)確濾波和 $\tau$ 要考慮的一個(gè)結(jié)果是啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)系統(tǒng)在未充電狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí)，一旦激活系統(tǒng)，就會(huì)有一段時(shí)間（大約 5 $\tau$ ），直到反相輸入端的電壓電平處于準(zhǔn)確電平。

5. 如果輸入信號(hào)除了衰減之外還有噪聲，TLV3603 能夠通過其可調(diào)遲滯功能來處理噪聲。該引腳可由電壓源驅(qū)動(dòng)或連接到 VEE 的電阻器，并可使比較器具有高達(dá) 65mV 的遲滯，并根據(jù)引腳上所示電壓鎖存輸出。更多相關(guān)信息，請(qǐng)參閱 TLV3601、TLV3603 具有 2.5ns 傳播延遲的 325MHz 高速比較器 數(shù)據(jù)表。對(duì)于該電路，通過將 600kΩ 電阻器連接到 VEE 來實(shí)現(xiàn) 10mV 的遲滯從而抵消嘈雜的輸入信號(hào)。

對(duì)于這個(gè)輸入信號(hào)，這個(gè)比較器是否足夠快？

切換頻率 f_Toggle 是衡量比較器處理輸入信號(hào)速度快慢的指標(biāo)。該指標(biāo)被測(cè)量為輸入信號(hào)頻率，在該頻率下，與在低輸入信號(hào)頻率下相比，輸出擺幅為一定的百分比。該百分比因制造商甚至產(chǎn)品而異，因此檢查器件數(shù)據(jù)表從而了解如何滿足此參數(shù)要求非常重要。

如果 f_Toggle 未包含在器件數(shù)據(jù)表中，可能會(huì)擔(dān)心該器件是否適合在系統(tǒng)中使用。在這種情況下，如下是對(duì)器件的 f_Toggle 的粗略估算：

請(qǐng)注意，這種粗略估算偏保守，如果有指定，可能無法完全匹配數(shù)據(jù)表中器件的 f_Toggle，尤其是在評(píng)估高速比較器時(shí)要注意，因?yàn)檫@些比較器往往是多級(jí)比較器。使用 TLV3603 數(shù)據(jù)表中的值：

雖然數(shù)據(jù)表指出切換頻率為 325MHz，但此近似值表明該產(chǎn)品僅處理 173.9MHz 及更低的信號(hào)。為什么會(huì)這樣？這可能是由多種因素造成的，但在評(píng)估單級(jí)（或接近單級(jí)）產(chǎn)品和多級(jí)產(chǎn)品時(shí)必須重點(diǎn)考慮。

當(dāng)使用接近單級(jí)的比較器時(shí)，比較器讀取的輸入信號(hào)需要通過少量的級(jí)進(jìn)行傳遞，直到發(fā)生輸出轉(zhuǎn)換。f_Toggle 取決于鏈中傳播延遲達(dá)上限的階段（無論該鏈?zhǔn)且粋€(gè)階段還是多個(gè)階段），而不是在饋送下一位之前一直傳遞到輸出端。

在上圖中，由位 1、2 和 3 組成的輸入信號(hào)都被饋送到單級(jí)比較器和多級(jí)比較器。單級(jí)比較器只有 A 級(jí)，而多級(jí)比較器由 A 級(jí)、B 級(jí)和 C 級(jí)組成。當(dāng)位 1 進(jìn)入兩個(gè)比較器時(shí)，需要一段時(shí)間才能通過 A 級(jí)。一旦通過 A 級(jí)，在單級(jí)比較器上，其到達(dá)輸出端，在多級(jí)比較器上，其進(jìn)入 B 級(jí)。此時(shí)，位 2 可以開始進(jìn)入 A 級(jí)。再經(jīng)過一段時(shí)間，位 2 反映在單級(jí)輸出端上同時(shí)也進(jìn)入多級(jí)比較器的 B 級(jí)。此時(shí)，位 1 開始進(jìn)入 C 級(jí)。

這說明雖然多級(jí)和單級(jí)比較器之間的傳播時(shí)間可能不同（根據(jù)級(jí)的不同，可能更小、更大或幾乎相同），每個(gè)比較器處理這些信號(hào)的速率取決于該位何時(shí)清除傳播延遲達(dá)上限的級(jí)，這樣，下一個(gè)位可以通過流水線。

設(shè)計(jì)仿真

瞬態(tài)仿真結(jié)果

設(shè)計(jì)參考資料

請(qǐng)參閱《模擬工程師電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》，了解 TI 的綜合電路庫。

請(qǐng)參閱電路 SPICE 仿真文件 SNOM712。

有關(guān)大量比較器主題（包括遲滯、傳播延遲和輸入共模范圍）的更多信息，請(qǐng)參閱 TI 高精度實(shí)驗(yàn)室。

設(shè)計(jì)特色比較器

設(shè)計(jì)替代比較器