高速混合信号设计中的比较器传播延迟
当我很久以前作为一名学生开始我的电子学深度之旅时，我想知道如何在日常电子设备中构建如此多有趣和重要的功能。输入信号和电压在我的头脑中是新鲜的，我更担心电源而不是反相输入。直到后来我开始完全理解运算放大器的多功能性以及它们如何用于构建比较器。
比较器是PCB设计中的重要组件，没有得到应有的重视。虽然它们采用IC封装，但也可以通过放大器构建各种比较器，这些电路中的传播延迟在高速设计中非常重要，了解不同的PCB设计问题如何影响比较器传播延迟非常重要。
比较器与运算放大器
比较器背后的基本思想是确定输入偏移电压是高于还是低于参考电压。当参考电压保持在恒定的DC电平时，比较器可以用作一种模数转换器。当输入模拟信号上升到阈值电压以上时，比较器输出HIGH。
比较器实际上与运算放大器有关。简单的比较器可以通过采用开环配置的运算放大器构建。开环将放大器的整体增益推至无穷大。这使输出在“高”状态下快速饱和，从而允许将AC信号转换为方波。非线性饱和也有助于抑制比较器输入端的电压波动。
就像任何基于晶体管的逻辑器件一样，存在与输出信号的上升时间相关的一些传播延迟（不要与传输延迟相混淆）。除非按照严格的规格制造比较器，否则制造商不会对传播延迟值提供严格的规范。流行的比较器IC将提供平均输出值和变化范围，可以从平均值大到30％。
PCB上的SMD元件
尽管存在自然电压波动抑制，但与IC的其他标准化参数相比，大多数比较器的传播延迟范围很大。运算放大器比较器的长上升时间将输入上模拟信号的频率上限设置为大约低MHz范围。但是，不基于无限增益放大的新型比较器可以在100 MHz以上的频率下正常工作。
这些较新的比较器没有运算放大器中的内部米勒电容，由于比较器输入端的等效RC时间常数较低，因此可确保上升时间非常快。缺乏固有补偿会使比较器具有宽输入带宽。这也转化为减少的传播延迟，使得这些比较器优于基于放大器的比较器，在更高速度和更高频率的电路中。
影响比较器传播延迟的PCB设计因素：
影响比较器传播延迟的主要因素是输出电容和杂散电容。输出端的电阻负载也会影响比较器的开关速度。优化这些参数允许设计人员选择传播延迟和抗噪声之间的佳权衡。
寄生电容已经在高速PCB中产生信号问题，但它在比较器中产生了更多问题。从制造商到制造商，比较器的输出负载已经趋于不一致。任何影响比较器输出的寄生电容都会改变上升和下降时间，从而改变传播延迟。通常，传播延迟与输出电容线性相关; 增加的电容会增加传播延迟。
因此，应采取措施减少高速PCB中使用的比较器附近的杂散电容。一些选项包括减小比较器引脚的焊盘尺寸，使用串联电容来补偿异常高的电容，并遵守重要的走线间距规则。
PCB上的黑色电容器
使用连接到正电源电压的上拉电阻可以轻松修改比较器的输出，此功能允许设计人员将比较器与各种逻辑系列连接，通过使用较小的上拉电阻可以改善传播延迟。较小的上拉电阻也可提高抗噪性，但也会增加电流和功耗。
降低噪音敏感度
所有比较器都具有称为滞后的质量。如果您查看输出电压与输入电压的关系图，则数据点跟踪的曲线不会遵循相同的曲线。当输入电压从零增加时，输出电压饱和。随着输入电压现在从饱和点降低，输出电压以不同的速率去饱和，输入电压的这种上下循环产生滞后回路。
虽然滞后通常在电子元件中被认为是不合需要的，但它实际上对于比较器电路中的噪声抑制是有用的，正反馈通常用于基于放大器的比较器，以提供驱动它们达到饱和所需的高增益。正反馈环路增加了磁滞回线的大小，从而实现更好的噪声抑制。
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