本文詳細介紹比較器的應(yīng)用場合、原理及類型。從2005年到2006年，比較器的市場增長已超過了20%，但比較器在放大器整體市場中所占的份額僅為10%。

　　查閱維基百科便會發(fā)現(xiàn)大家熟知的雙路/四路比較器LM393/LM339排名很靠前。事實上，這兩個比較器也是現(xiàn)今業(yè)內(nèi)使用最為普遍的器件系列之一。原因為何？如果單從經(jīng)濟角度考慮，運算放大器也可用作比較器，但這樣的做法是否可行？比較器的關(guān)鍵特性是什么？這些特性對于什么樣的應(yīng)用最重要？

　　本文將解答上述疑問，并結(jié)合應(yīng)用實例，說明如何利用比較器實現(xiàn)高性能電路的設(shè)計。

　　什么是比較器？它和放大器有什么不同？

　　我們從工程學教程里了解到，運算放大器需要三個內(nèi)部級才能發(fā)揮出最佳性能，比如實現(xiàn)高輸入阻抗、低輸出阻抗和高增益等。三個內(nèi)部級分別是差分輸入級、增益級（有或沒有內(nèi)部頻率補償）和輸出級。這種基本的體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)沿用了好幾十年。早期，運算放大器曾作為數(shù)學運算的基本器件，主要以電壓和電壓信號來作標識。在反饋應(yīng)用中，通過配置放大器周邊的無源或有源器件，可以令系統(tǒng)執(zhí)行加、減、乘、除和對數(shù)等運算。

　　比較器其實可看成一個能夠作邏輯 “決策”的邏輯輸出電路。換句話說，它可把輸入信號與已定義的參考電平進行比較。比較器的邏輯輸出功能可以幫助用戶設(shè)計具有多樣化的額外功能的模擬電路。而且，無論是高速ADC、SAR型ADC還是Sigma-Delta ADC，比較器都是組建集成ADC的內(nèi)部基本而又關(guān)鍵的模塊。

　　在LM339的數(shù)據(jù)表中，列出了大量的應(yīng)用。這基本上可以解釋其在過去30年中為何被業(yè)界廣泛地采用。以下列出LM339的一些常見應(yīng)用：

　　·邏輯電平平移；

　　·過零檢測/觸發(fā)電路；

　　·電壓信號/電源電壓監(jiān)察；

　　·Window比較器、施密特觸發(fā)器；

　　·振蕩器；

　　·時鐘緩沖器；

　　·互導(dǎo)放大器。

　　比較器的基本體系結(jié)構(gòu)和大部份的參數(shù)屬性都與運算放大器類似。因此，運算放大器也可充當比較器。但放大器并不是專門針對比較功能而開發(fā)的，而且放大器的數(shù)據(jù)表一般都不保證這項功能可否正常實現(xiàn)。運算放大器與比較器的最大分別在于比較器是開環(huán)設(shè)計，沒有反饋環(huán)節(jié)，而且輸出會在任何一條電源軌的范圍內(nèi)顯示差分輸入信號的極性。

　　此外，比較器一般都會被設(shè)計成 “過壓驅(qū)動”（overdriven），意思是它可經(jīng)常處理較大的差分輸入電壓。相反，對于運算放大器而言，它通常被設(shè)計成在較小的信號和差分電壓下運行，而這里的反饋概念通常都含有 “過驅(qū)” 意義，這樣會導(dǎo)致開環(huán)配置中的輸入出現(xiàn)飽和效應(yīng)。如果將輸入的極性倒轉(zhuǎn)，則過驅(qū)時產(chǎn)生的輸入級的飽和會導(dǎo)致信號的傳播具有一定的延遲或相位滯后。

　　再者，對于較大的差分輸入電壓來說，運算放大器的輸出很容易到達極限輸出，從而啟動保護功能。保護功能的啟動將會導(dǎo)致輸入阻抗的量級明顯下降，迫使過量的電流涌到輸入級，造成過載，甚至過熱。如果在設(shè)計上沒有保護的措施，那便可能導(dǎo)致整個器件損毀。因此，在器件的數(shù)據(jù)表，通常都會提供器件的最大輸入電流的額定值，以幫助設(shè)計人員決定用多少附加輸入電阻。

　　比較器和運算放大器之間最基本的區(qū)別就是他們具有不同的輸出級結(jié)構(gòu)。開漏或開集（以MOSFET為例）輸出都有一個可用作輸出但卻不內(nèi)部連接到V+的節(jié)點，而一個連接正電源電壓的外部電阻器會在晶體管被關(guān)閉時將輸出拉成 “高”。這個外部電壓可以高于VCC，并且允許電平移位或可通過平行數(shù)個器件的兩個或更多個輸出來達到所謂的 “Wired-Or”2 功能 。假如內(nèi)部的晶體管啟動，一個細小的電流會從外部電源經(jīng)過上拉電阻器流進器件輸出，并令輸出電壓級轉(zhuǎn)換成 “低” 和接近VCE （雙極晶體管中的集極-發(fā)射極電壓）。

　　比較器通常都不進行頻率補償功能，因此其工作速度相當高，同時開關(guān)時間也在某程度上取決于 “過驅(qū)”的程度。圖1表示出當衡量一個輸出狀態(tài)變化時的差分輸入電壓。從圖中可看出過驅(qū)需要高于失調(diào)電壓才可以保證比較器有效地進行工作。一般來說，較大的過驅(qū)可加快開關(guān)時間。

　　比較器一般都以參數(shù)值和/或功能來分類，例如：

　　圖1 輸入過驅(qū)和相關(guān)的傳播延遲消散

　　·通用比較器；

　　·高速比較器（傳播延遲少于50毫微秒）；

　　·低壓比較器（電源電壓VCC低于5V）；

　　·微功率比較器（靜態(tài)電流低于20微安）；

　　·集成參考的比較器。

　　比較器的特性取決于其類別，分別為：

　　·傳播延遲—由施加一個差分信號與切換狀態(tài)的輸出級之間的時間延遲 （例如是50%）。

　　·內(nèi)部或外部滯后— 滯后是一種介乎低到高開關(guān)電壓和高到低開關(guān)電壓之間的設(shè)計預(yù)算中或需激活的差別。有些比較器具備可調(diào)節(jié)滯后水平的功能，方法是通過在指定的引腳上施加電壓。

　　·上升及下降時間—一般是輸出電壓的10%至90%的時間，并且上升和下降緣的時間可以有差別，假如這情況出現(xiàn)，那將會導(dǎo)致輸出的周期時間會相對于輸入信號而改變。

　　·觸發(fā)率—指在某一個頻率下，比較器的輸出可以跟隨輸入的狀態(tài)來變化。

　　·消散—量度傳播延遲變化的參數(shù)。

　　·抖動—可以是隨機或事前決定，負責量度信號緣在時間上的不定性。