NS理解精密比较器特殊的工作特性

比较器输出端改变状态时的点组成的曲线。

标记为USTV的绿线以及标记为LSTV的蓝线分别是上位和下位状态转换电压的图形。

这些值是在+IN等于VTH、RF=100kW、Ri=20kW、VOL=0.0V和VOH=5.0V时用等式2和3算出来的。这里选用了正反馈的较大值以便清晰地表明结果。在电路工作期间，当VS信号高于上位状态转换电压时，比较器的输出将切换到高输出状态；当VS低于下位状态转换电压时比较器的输出则切换到低输出状态。

这带来的主要影响是当门限电压值变化时滞后效应不对称。滞后曲线的位置不是以门限电压为中心(只有一个点例外)并且取决于VTH。

对有些比较器应用而言，状态转换电压的精度不是关键，但还是有许多应用可以从精确、容易受控的状态转换电压受益。

“剂量调节”就是这类应用之一，其中的“剂量(Dose)”是速率的积分。例如，如果一个管道中的液体流速为每分钟1加仑，那么剂量或一定时间间隔内液体的总量就是总液体数量或这段时间内流动速率的积分。

作为本例的一个具体应用是医疗X射线放射量测定，它用于控制X射线胶片的曝光。在X射线诊断过程中，对X射线胶片进行精确地曝光控制有助于减少病人接受的X射线。

针对这个应用的电路如图6所示。

　　 图6：具有可编程曝光功能的X射线放射量测定器。

该电路由两个功能组成：一个是电离室，它能检测X射线，并产生正比于X射线强度的电流IIC；另一个是由放大器A1和电阻RF组成的跨阻放大器(TIA)，用来将电离室电流转换成电压： Dose = IIC x RF

放大器A1是针对非常低输入偏置电流(典型3fA)设计的LMP7721，它非常适合放大源阻抗较高的信号，如电离室。放大器A2是一个用来测定剂量的积分器，它是剂量速率的积分：

当引脚1的积分器输出与引脚2的门限电压相等时，比较器LMP7300会指示所需剂量已达到。

在这类应用中，所需剂量取决于多种因素，如被照射X射线的物体密度。

图6中的12位DAC用来设置比较器的门限电压。LMP7300具有一个精确稳定的2.048V参考电压，这个参考电压被放大器A3放大到4.096V，并成为DAC的电压参考，而DAC则向LMP7300比较器提供可编程门限电压。

该应用的另一个特点是使用LM2787和LM285-2.5为放大器A1和A2产生-0.25V的供电电压。这个很小的负电压可以使放大器输出摆幅为0V，并根据速率和剂量信号改变放大器A1和A2的输出饱和电压到0V左右。

用于这类应用的比较器需要具有一个精确门限电压，该门限电压要能在一定范围内是可编程的，以便优化胶片曝光。门限电压应独立于滞后电压值、门限电压值、比较器的输出饱和电压和反馈电阻容差。像LMP7300这样的精密比较器就可以提供这些性能。具有独立比较器功能和滞后控制功能的LMP7300如图6所示。

另外，控制USTV的正向滞后和控制LSTV的反向滞后电路都具有独立的控制输入。这个重要特点如图7所示，该图给出了输入信号和滞后控制组合下的比较器转换函数。这个比较器有效地将代表了理想比较电压的门限电压与USTV和LSTV分开来，从而在提供精确信号比较的同时仍能提供滞后功能。

图7：LMP7300独立的滞后控制功能。

LMP7300的滞后值受控于VREF电压和施加于HYSTP和HYSTN引脚电压之间的电压差。图7A和7D显示了两种可能的滞后连接。如果一个滞后引脚被直接连接到VREF电压，那部分滞环就会被删除。参考图6，滞后电压值约为20mV:

　　由于滞后电压独立于VTH电压，因此R5和R6不要求是精密电阻。无需改变VTH值，滞环宽度要多宽就可以多宽。

本文重点介绍了精密比较器(比如LMP7300)如何能利用外部反馈电阻产生滞后效应，来克服现有比较器中常见的门限和滞后交互问题。