比较器是一种得到广泛运用的电路元件。在许多情况下，如方脉冲整形电路中，电压比较的精度不是很要害，电压值能够在几百毫伏规模内改动而不影响电路功用。但是，也有许多运用要求十分准确的比较电压，而且这些电压要求具有很小的漂移，不会与迟滞电路发生交互影响。本文评论了将一般比较器运用于精细电压检测时遇到的问题，并介绍了一款新的能够战胜这些问题的精细比较器。
一般比较器
比较器是一种高增益扩大器，能够扩大输入端很小的差分信号，并驱动输出端切换到两个输出状况中的一个。图1是根本的比较器电路，能够用在反相或同相装备中。输入信号与门限电压VTH进行比较，输出端依据输入信号是小于仍是大于VTH而改动其状况。
图1B和1D给出了比较器电路的转化函数。同相比较器被界说为在输入信号大于门限电压时输出为正的比较器，而反相比较器被界说为输入信号大于门限电压时输出为负的比较器。
图1：同相与反相比较器的转化函数。
比较器的增益决议了将输出驱动到高或低输出状况所要求的差分输入电压。例如，假如比较器的增益为80dB，即10，000倍，而且供电电压为5V，那么把输出驱动为高或低状况所需的输入差分电压只需0.5mV。这种情况下，很简单因为信号上或比较电压VTH上的噪声而在比较器输出端发生屡次状况改动的问题。
图2中的示波器图形，显现了一个有较小噪声的输入信号、以及它对图1C所示的反相比较器输出状况的影响。在图2中，绿色线条代表的是输入信号VS，蓝色线条代表的是门限电压VTH，而黄色线条代表的是比较器的输出VO。
图2所示的比较器输出信号下降沿的动摇能够运用正反应消除，因为正反应能够用来添加比较器的滞后效应。图3给出了图1所示比较器的运用原理图，其间反应电阻RF和Ri添加的正反应和滞后功用也显现于转化函数的图形中。
图2：没有滞后的比较器信号。
图3：带滞后效应的同相与反相比较器的搬运函数。
正反应增强了信号电压与改动点参阅电压VTH之间的差异，并发生两个门限值：一个用于正方向改动的输入信号，一个用于负方向改动的信号。它们在图3平分别被符号为LSTV（下位状况转化电压）和USTV（上位状况转化电压）。滞后功用将按捺小于滞环宽度的噪声起伏，并阻挠呈现屡次输出状况改动。
评论具有滞后功用的比较器需求引进一个新的术语：状况转化电压，它被界说为导致比较器输出状况发生切换时的实践信号电压值。状况转化电压有两个共同的值，详细取决于比较器输出电压；VTH是门限电压（或阀值电压），也是抱负的比较电压。
STV即状况转化电压的缩写，它是输出状况改动时的信号电压。STV有两个值：
·USTV，即上位状况转化电压的缩写，是比门限电压更大的STV。
·LSTV，即下位状况转化电压的缩写，是比门限电压更小的STV。
图4中的示波器图形是图3中的反相比较器添加了滞后功用后的作用。其间绿色线条代表的是输入信号VS，黄色线条是输出信号VO，而蓝色线条是比较器+IN引脚上的电压。该图显现了添加滞后功用后门限电压的阶跃函数，然后发生了USTV和LSTV。
图4：带滞后效应的反相比较器。
在该图中，输入信号现已被稍稍向上偏移了一些，以便展现滞后过程的细节。
尽管滞后能够消除状况转化期间的输出动摇，但状况转化电压的实践值的精度将有所下降。没有滞后效应时，VTH、USTV和LSTV的值是持平的。
有了滞后功用后，USTV和LSTV将遭到反应电阻精度、比较器输出饱满电压、VTH值以及任何与信号源或门限电压源有关的源阻抗的影响。
参阅图3A，该图显现的是不带滞后功用的同相比较器，+IN引脚上的电压等于等式1：
等式1疏忽了输入偏置电压和输入偏置电流的影响。输出电压VO有两个值，一个是VOL，即输出低饱满电压，一个是VOH，即输出高饱满电压，因而+IN电压有两种核算成果。输出饱满电压值在大多数数据手册中都有规则。状况转化电压是输入信号VS在+IN=VTH时的值。
等式2给出了同相下位状况转化电压：
等式3给出了同相上位状况转化电压：
图3C是带滞后功用的反相比较器，+IN引脚上的电压等于等式4：
等式4也疏忽了输入偏置电压和输入偏置电流的影响。
等式5给出了反相下位状况转化电压：
等式6给出了同相上位状况转化电压：
拿同相比较器为例，等式2和3能够用来核算一系列曲线以标明这种滞后效应对实践状况转化电压的影响，以及环绕VTH的滞后电压方位。
图5是VTH在0到5V规模内改动时得到的状况转化电压图。该图叠加了两个节点。
图5：同相比较器状况转化电压。
符号为+IN=VTH的黄线是+IN=VTH时的图形，它代表了比较器输入端的电压，是比较器输出端改动状况时的点组成的曲线。
符号为USTV的绿线以及符号为LSTV的蓝线分别是上位和下位状况转化电压的图形。
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。这儿选用了正反应的较大值以便明晰地标明成果。在电路作业期间，当VS信号高于上位状况转化电压时，比较器的输出将切换到高输出状况；当VS低于下位状况转化电压时比较器的输出则切换到低输出状况。
这带来的首要影响是当门限电压值改动时滞后效应不对称。滞后曲线的方位不是以门限电压为中心（只要一个点破例）而且取决于VTH。
对有些比较器运用而言，状况转化电压的精度不是要害，但仍是有许多运用能够从准确、简单受控的状况转化电压获益。
“剂量调理”便是这类运用之一，其间的“剂量（Dose）”是速率的积分。例如，假如一个管道中的液体流速为每分钟1加仑，那么剂量或必定时刻距离内液体的总量便是总液体数量或这段时刻内活动速率的积分。
作为本例的一个详细运用是医疗X射线放射量测定，它用于操控X射线胶片的曝光。在X射线确诊过程中，对X射线胶片进行准确地曝光操控有助于削减患者承受的X射线。
针对这个运用的电路如图6所示。
图6：具有可编程曝光功用的X射线放射量测定器。
该电路由两个功用组成：一个是电离室，它能检测X射线，并发生正比于X射线强度的电流IIC；另一个是由扩大器A1和电阻RF组成的跨阻扩大器（TIA），用来将电离室电流转化成电压： Dose = IIC x RF
扩大器A1是针对十分低输入偏置电流（典型3fA）规划的LMP7721，它十分合适扩大源阻抗较高的信号，如电离室。扩大器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的门限电压持平时，比较器LMP7300会指示所需剂量已达到。
在这类运用中，所需剂量取决于多种要素，如被照耀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具有一个准确安稳的2.048V参阅电压，这个参阅电压被扩大器A3扩大到4.096V，并成为DAC的电压参阅，而DAC则向LMP7300比较器供给可编程门限电压。
该运用的另一个特色是运用LM2787和LM285-2.5为扩大器A1和A2发生-0.25V的供电电压。这个很小的负电压能够使扩大器输出摆幅为0V，并依据速率和剂量信号改动扩大器A1和A2的输出饱满电压到0V左右。
用于这类运用的比较器需求具有一个准确门限电压，该门限电压要能在必定规模内是可编程的，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、比较器的输出饱满电压和反应电阻容差。像LMP7300这样的精细比较器就能够供给这些功用。具有独立比较器功用和滞后操控功用的LMP7300如图6所示。
别的，操控USTV的正向滞后和操控LSTV的反向滞后电路都具有独立的操控输入。这个重要特色如图7所示，该图给出了输入信号和滞后操控组合下的比较器转化函数。这个比较器有效地将代表了抱负比较电压的门限电压与USTV和LSTV分开来，然后在供给准确信号比较的一起仍能供给滞后功用。
图7：LMP7300独立的滞后操控功用。
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显现了两种或许的滞后衔接。假如一个滞后引脚被直接衔接到VREF电压，那部分滞环就会被删去。参阅图6，滞后电压值约为20mV：
因为滞后电压独立于VTH电压，因而R5和R6不要求是精细电阻。无需改动VTH值，滞环宽度要多宽就能够多宽。
本文要点介绍了精细比较器（比方LMP7300）怎么能运用外部反应电阻发生滞后效应，来战胜现有比较器中常见的门限和滞后交互问题。
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