TI - 解決比較器的主要挑戰(zhàn)：負輸入和相位反轉(zhuǎn)-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯TI-解決比較器的主要挑戰(zhàn)：負輸入和相位反轉(zhuǎn)-基礎(chǔ)電子當(dāng)比較器中的負輸入電壓較大、超出輸入共模電壓范圍時，會出現(xiàn)不正確的輸出行為。如果無法避免負輸入電壓，請務(wù)必保護比較器的輸入引腳并防止發(fā)生相位反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這一點非常重要。在本文中，我將探討比較器中出現(xiàn)負輸入電壓的原因和影響、相位反轉(zhuǎn)行為以及如何保護輸入免受負電壓的影響。負輸入的原因和影響負電壓可能由許多意想不到和不可避免的原因引起，包括直流/直流轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)噪聲、在輸入端產(chǎn)生雙極電壓的交流耦合輸入以及來自雙極輸出電感源的振鈴。在汽車和工業(yè)應(yīng)用等系統(tǒng)中，接地偏移或接地漂移（其中有兩個位于不同電位的不同參考點）也可能會產(chǎn)生較大的負輸入；當(dāng)存在分離的接地平面將模擬電路與大電流開關(guān)節(jié)點隔離時，就會發(fā)生這種情況。制造商在制造比較器時沒有專門的靜電放電結(jié)構(gòu)，而是采用結(jié)隔離式裸片工藝來免受較大負輸入電壓的影響，其中P-N結(jié)在連接到公共裸片基板的每個節(jié)點下起著二極管的作用。請務(wù)必保持與公共裸片基板的連接位于GND引腳的負電位處，這一點非常重要。如果輸入引腳比GND引腳（以及基板）的負電壓更低，那么過大的反向電流會導(dǎo)致寄生元件的出現(xiàn)，并開啟內(nèi)部寄生NPN晶體管，這些晶體管從其他內(nèi)部節(jié)點和通道獲取電流，這會導(dǎo)致相位反轉(zhuǎn)。相位反轉(zhuǎn)在相位反轉(zhuǎn)條件下，輸出的極性會錯誤地反轉(zhuǎn)。圖1顯示了一個采用同相配置的比較器，其中IN處的基準電壓與GND處的0V相連。當(dāng)輸入電壓低于0V時，輸出電壓就會按預(yù)期變?yōu)榈碗娖健Ｈ欢?，?dāng)輸入電壓達到約–570mV時，輸出電壓會反轉(zhuǎn)并變?yōu)楦唠娖健?/p>

圖1：比較器中的相位反轉(zhuǎn)圖2顯示了當(dāng)輸入低于0V時的比較器輸入電流和電源電流。隨著輸入電壓負向增加，反向電流也顯著增加。由于額外的P-N結(jié)現(xiàn)已打開并導(dǎo)通，因此電源電流也會增加。

圖2：負輸入引起的輸入電流和電源電流如何保護輸入免受負電壓的影響為了保護比較器的輸入并防止相位反轉(zhuǎn)，您必須首先分析器件的輸入電壓和輸入電流。圖3顯示了LM2903B的額定值表，其中規(guī)定輸入電壓為–0.3V，輸入電流為50mA。這些規(guī)格導(dǎo)致無法定義負輸入電壓超過0.3V的操作，因為這不符合輸入電壓規(guī)格，不能確保正常運行。比較器可承受的電流為50mA：任何大于該值的電流都可能損壞器件。雖然將電流限制在50mA以下不會損壞器件，但仍可能發(fā)生相位反轉(zhuǎn)，這意味著您必須將電流限制為一個遠低于50mA的值，才能使比較器正常運行。值值單位VCC非B版本-0.336V僅限B版本-3638VID非B版本-3836V僅限B版本-0.338VI非B版本36V僅限B版本38IIK-50mAVO非B版本36V僅限B版本38IO非B版本20mA僅限B版本25ISC輸出接地短路的持續(xù)時間無限TJ運行虛擬結(jié)溫150°CTstg貯存溫度-65150°C圖3：LM2903B的額定值表不建議在限值之外運行這些器件。如果無法避免這樣做，請使用一個串聯(lián)限流電阻和一個外部肖特基二極管，將其放置在輸入引腳和GND之間，這有助于將電壓和電流限制在安全水平，使體二極管不會開始導(dǎo)通，如圖4所示。

圖4：比較器電路輸入端帶有肖特基二極管的限流電阻一般經(jīng)驗法則是選擇一個與負電壓之比為每伏1kΩ的電阻，以便將電流限制在1mA或以下。例如，如果負輸入電壓為–2V，則電阻必須至少為2kΩ。遵循此規(guī)則將確保輸入電流完全在值規(guī)格范圍內(nèi)，防止損壞比較器。肖特基二極管的正向電壓比體二極管低；體二極管導(dǎo)通電壓約為0.4V，而肖特基二極管約為0.2V。這個外部二極管（連同將電流保持在1mA或更低的特性）將有助于確保負輸入電壓信號鉗位在0.3V以下，從而避免相位反轉(zhuǎn)。另一種方法是使用能夠更好地防止相位反轉(zhuǎn)的比較器，例如TLV1701高電壓微功耗比較器。圖5顯示了其額定值。輸入電壓比VS–低0.5V，輸入電流為10mA。值值單位電源電壓+40(±20)V信號輸入引腳電壓(VS-)-0.5(VS+)+0.5V電流±10mA輸出短路持續(xù)mA工作溫度范圍-55+150°C結(jié)溫，TJ150°C貯存溫度，Tstg-65+150°C圖5：TLV1701的額定值表圖6顯示了采用同相配置的TLV1701，其反相輸入與GND處的0V相連。當(dāng)輸入電壓低于0V時，即使輸入電壓超出–0.5V限制，輸出電壓也不會反相。當(dāng)輸入負向增加時，輸入電流將開始呈指數(shù)增長，并超過10mA的限制，這可能會損壞比較器。因此，在輸入端串聯(lián)一個10kΩ電阻有助于將電流降低到安全水平。

圖6：TLV1701具有負輸入的輸出電壓結(jié)語使用比較器進行設(shè)計時，務(wù)必要考慮負輸入的影響以及它們?nèi)绾螌?dǎo)致輸出發(fā)生相位反轉(zhuǎn)。在汽車和工業(yè)應(yīng)用等許多