¿Por qué los comparadores en general tienen una mayor desplazamiento de los voltajes de opamps?

Question

Necesito comparar una señal a un voltaje constante; los rangos de señal de 0 a 30mV, y me requieren un tiempo de respuesta de 50ns en 250µV diferencia. La señal es una onda triangular.

Cuando echar un vistazo a los comparadores ofrecidos por TI, comienzan con un voltaje de offset de 750µV, con 10ns comparadores de partida en 3000µV.

Cuando, sin embargo, buscando en la lista de los opamps, aquellos que comienzan en 1µV voltaje de offset, con 100MHz amplificadores de partida en 100µV.

Se recomienda utilizar los comparadores, no op-amps, para la comparación de las señales, así que la única opción que yo estoy viendo es la pre-amplificar mi señal con una precisión, de alta velocidad op-amp, a continuación, utilizar un comparador. Sin embargo, esto suena mal. Si esto es posible, entonces ¿por qué no chip fabricantes ofrecen como una solución monolítica?

Answer 1

De alta velocidad con una pequeña diferencia es difícil de conseguir.

Tenga en cuenta que no sólo los comparadores tienden a tener mayor desviación de entrada tensiones de opamps, pero también mucho más eficaz el ruido, como para obtener alta velocidad son de banda ancha bestias.

Oliver Collins producido un papel un par de décadas atrás, mostrando que usted obtiene mucho mejores resultados, que es menos tiempo de jitter, si preceder un comparador rápido con uno o más de poco ruido, baja ganancia del amplificador operacional etapas, cada una con un solo polo de filtrado en la salida, para aumentar la velocidad de respuesta de la etapa por etapa. Para cualquier entrada de velocidad de respuesta y final comparador, hay un número óptimo de etapas, perfil de ganancia, y la selección de constantes de tiempo RC.

Esto significa que la inicial opamps no son utilizados como comparadores, pero como la pendiente de los amplificadores, y, en consecuencia, que no necesitan de la salida de velocidad de respuesta o GBW producto que serían necesarios para la final del comparador.

Aquí se muestra un ejemplo, de una, de dos fases, la pendiente del amplificador. No hay valores, como el óptimo depende de la entrada de velocidad de respuesta. Sin embargo, en comparación con el uso de la salida del comparador solo, casi cualquier perfil de ganancia sería una mejora. Si usted utiliza, por ejemplo, una ganancia de 10, seguido por una ganancia de 100, que sería un muy buen lugar para empezar a experimentar.

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

Obviamente los amplificadores va a pasar mucho de su tiempo en la saturación. La clave para el dimensionamiento de los filtros RC es elegir una constante de tiempo tal que el tiempo que tarda el amplificador para obtener a partir de grasas saturadas para el punto medio, en la forma más rápida de entrada de velocidad de respuesta, es duplicado por el elegido RC. Las constantes de tiempo obviamente disminuir a lo largo del amplificador de la cadena.

El RCs se muestran como verdaderos filtros después de que el opamp, no un C se coloca a través de la retroalimentación de la ganancia de resistencia. Esto es debido a que este filtro continúa la alta frecuencia de atenuación de ruido en 6dB/octava arbitrariamente altas frecuencias, mientras que un condensador en el circuito de retroalimentación deja de filtrado cuando la frecuencia llega a la unidad de ganancia.

Tenga en cuenta que el uso de filtros RC aumenta el tiempo total de retardo entre la entrada de cruzar el umbral y la salida de la detección. Si desea minimizar este retraso, a continuación, el conmutador debe ser omitido. Sin embargo, el filtrado de ruido otorgada por el conmutador de consola remota le permite obtener una mejor repetibilidad de la demora de la entrada a la salida, que se manifiesta como la reducción de jitter.

Es sólo la entrada del amplificador operacional que se necesita un alto rendimiento en términos de ruido y el voltaje de offset, las especificaciones de todas las posteriores amplificadores pueden ser relajado por su ganancia. Por el contrario, el primer amplificador no necesita un alto alta velocidad de respuesta o GBW como la posterior amplificadores.

La razón de que esta estructura no se proporciona con fines comerciales es que el rendimiento es tan rara vez se requiere, y el número óptimo de etapas es tan dependiente de la entrada de velocidad de respuesta y las especificaciones requeridas, que el mercado sería pequeño y fragmentado, y no vale la pena ir después. Cuando usted necesita este rendimiento, es mejor construir a partir de los bloques se puede obtener comercialmente.

Aquí la portada de el periódico, en IEEE transactions on de las Comunicaciones, Vol. 44, Nº 5 , Mayo de 1996, a partir de la página 601, y un cuadro resumen que muestra lo que el rendimiento que se obtiene como cambiar el número de etapas de la pendiente de la amplificación, y la distribución de ganancia de las etapas. Vas a ver en la tabla 3 para el caso específico de querer 1e6 pendiente de amplificación, mientras que el rendimiento no continuar mejorando por encima de 3 etapas, la mayor parte de la mejora se ha producido ya con sólo 3 etapas.

Answer 2

Los op-amps con muy bajo offset (tales como la TLC2652) tienen demasiado baja como un ancho de banda para lo que quieres (alrededor de 2 MHz) por lo que, de manera realista que usted necesita para comparar manzanas con manzanas. Además, no se especifica en que el dispositivo de los datos de la hoja es como la entrada de voltaje de offset cambios con modo común tensión de entrada. Para un comparador, la gran modo común de las compensaciones que se espera y más a menudo que no, una op-amps del voltaje de offset se especifica en el ideal de las condiciones de la señal.

Otro hecho es que la mayoría del comparador de los circuitos de utilización de histéresis y este es mucho mayor que cualquier cifra fabulosa para el offset de tensión debido a los comentarios positivos de la producción depende de la oferta de los raíles.

Y aquí está el principal problema con su comparación.

Si usted mira hacia abajo de la TI de la lista después de seleccionar Vos como parámetro del filtro, la primera op-amp que tiene un ancho de banda de 100 MHz o más, es de la OPA625. Su expectativa de 250 uV producir un swing completo en 50 ns significa que la ganancia de CA a 100 MHz tiene que ser (por ejemplo) 5 v/250 uV = 20,000 o 86 dB. Así, el OPA625 tiene un circuito abierto de ganancia por debajo de 0 dB a 100 MHz.

Esto significa que la comparación es nuevo, es deficiente. Usted necesita ser realistas a la hora de hacer comparaciones. 100 MHz op-amp es décadas inferior a un comparador que puede cambiar en su salida de 50 ns con un diferencial de voltaje de entrada de cambio de 250 uV.