設(shè)計目標

設(shè)計說明

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

設(shè)計說明

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頻率的比較器，這樣可正確地處理傳入數(shù)字信號。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，請使用具有獨立輸入和輸出電源的比較器。
4. 如果需要差分輸出，請使用具有兼容輸出級（例如 TLV3605 上與 LVDS 兼容的輸出）的比較器。
5. 信號應(yīng)繞動態(tài)基準的波形中點對稱，從而準確地確定輸入信號的共模電壓。對于占空比超出 30% 至 70% 的信號，動態(tài)基準必須替換為外部基準源。

設(shè)計步驟

1. 比較比較器的切換頻率上限，確保能夠處理輸入信號。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。
3. 使用電容器 C₁ 和電阻器 R₁ 從低通網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建動態(tài)基準。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)整動態(tài)基準值的大小，使其截止頻率明顯低于輸入信號的工作頻率，同時確保網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)足夠小，從而實現(xiàn)最大響應(yīng)度。將 C₁ 設(shè)為 0.1μF，將時間常數(shù) $\tau$ 設(shè)計為 10μs，計算需要的電阻器值：
   $\tau =R_1{C}_1$
   ${\text{10μs = R}}_1{\text{(100nF) ? R}}_1\text{ = 100Ω}$
   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。
   $f_{\mathrm{cutoff}}=\frac{1}{2\pi R_1{C}_1}=\frac{1}{\mathrm{2\pi }\left(100\Omega \right)\left(100nF\right)}=\mathrm{15.915kHz}?1\mathrm{GHz}$
   時間常數(shù) $\tau$ 與 f_cutoff 成反比。τ 越快 動態(tài)基準輸出節(jié)點對輸入的反應(yīng)越強，同時將截止頻率推高。然而，如果動態(tài)基準的截止頻率接近輸入信號的工作頻率，網(wǎng)絡(luò)的輸出就無法正確濾除輸入信號的高頻分量，從而無法產(chǎn)生穩(wěn)定的直流基準電壓來與輸入信號進行比較。

   平衡信號的準確濾波和 $\tau$ 要考慮的一個結(jié)果是啟動時間。當系統(tǒng)在未充電狀態(tài)下啟動時，一旦激活系統(tǒng)，就會有一段時間（大約 5 $\tau$ ），直到反相輸入端的電壓電平處于準確電平。

5. 如果輸入信號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)動或連接到 VEE 的電阻器，并可使比較器具有高達 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。對于該電路，通過將 600kΩ 電阻器連接到 VEE 來實現(xiàn) 10mV 的遲滯從而抵消嘈雜的輸入信號。

對于這個輸入信號，這個比較器是否足夠快？

切換頻率 f_Toggle 是衡量比較器處理輸入信號速度快慢的指標。該指標被測量為輸入信號頻率，在該頻率下，與在低輸入信號頻率下相比，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，可能會擔心該器件是否適合在系統(tǒng)中使用。在這種情況下，如下是對器件的 f_Toggle 的粗略估算：

請注意，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，尤其是在評估高速比較器時要注意，因為這些比較器往往是多級比較器。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。為什么會這樣？這可能是由多種因素造成的，但在評估單級（或接近單級）產(chǎn)品和多級產(chǎn)品時必須重點考慮。

當使用接近單級的比較器時，比較器讀取的輸入信號需要通過少量的級進行傳遞，直到發(fā)生輸出轉(zhuǎn)換。f_Toggle 取決于鏈中傳播延遲達上限的階段（無論該鏈是一個階段還是多個階段），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 組成的輸入信號都被饋送到單級比較器和多級比較器。單級比較器只有 A 級，而多級比較器由 A 級、B 級和 C 級組成。當位 1 進入兩個比較器時，需要一段時間才能通過 A 級。一旦通過 A 級，在單級比較器上，其到達輸出端，在多級比較器上，其進入 B 級。此時，位 2 可以開始進入 A 級。再經(jīng)過一段時間，位 2 反映在單級輸出端上同時也進入多級比較器的 B 級。此時，位 1 開始進入 C 級。

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

設(shè)計仿真

瞬態(tài)仿真結(jié)果

設(shè)計參考資料

請參閱《模擬工程師電路設(shè)計指導(dǎo)手冊》，了解 TI 的綜合電路庫。

請參閱電路 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，請參閱 TI 高精度實驗室。

設(shè)計特色比較器

設(shè)計替代比較器