高速ECL比較器ADCMP563/ADCMP564：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在高速電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，比較器的性能往往對整個系統(tǒng)的表現(xiàn)起著關(guān)鍵作用。今天，我們就來深入探討一下Analog Devices公司的高速比較器ADCMP563/ADCMP564，了解它們的特性、應(yīng)用場景以及設(shè)計(jì)過程中的一些要點(diǎn)。

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一、器件概述

ADCMP563/ADCMP564是采用Analog Devices專有XFCB工藝制造的高速比較器。它們具有700 ps的傳播延遲，且過驅(qū)動離散小于75 ps。這種低離散特性在不同過驅(qū)動條件下能保持傳播延遲的一致性，對于高速比較器而言至關(guān)重要。

特性亮點(diǎn)

1. 輸入輸出特性：差分ECL兼容輸出，輸入到輸出傳播延遲700 ps，傳播延遲離散75 ps，輸入共模范圍為 -2.0 V至 +3.0 V，具備強(qiáng)大的輸入保護(hù)功能。
2. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性：具有差分鎖存控制，內(nèi)部有鎖存上拉電阻，電源抑制比大于85 dB，最小脈沖寬度700 ps，等效輸入上升時(shí)間帶寬1.5 GHz，典型輸出上升/下降時(shí)間500 ps，ESD保護(hù)大于4 kV HBM、大于200 V MM，且ADCMP564具有可編程遲滯功能。

應(yīng)用場景廣泛

適用于自動測試設(shè)備、高速儀器、示波器和邏輯分析儀前端、窗口比較器、高速線路接收器、閾值檢測、峰值檢測、高速觸發(fā)器、患者診斷、手持測試儀器、過零檢測器、線路接收器和信號恢復(fù)以及時(shí)鐘驅(qū)動器等眾多領(lǐng)域。

二、規(guī)格參數(shù)詳解

直流輸入特性

輸入電壓范圍 -2.0 V至 +3.0 V，輸入差分電壓 -5 V至 +5 V，輸入失調(diào)電壓在VCM = 0 V時(shí)為 -10.0 mV至 +10.0 mV，通道匹配±2.0 mV，失調(diào)電壓溫度系數(shù)2.0 μV/°C等。這些參數(shù)決定了比較器在不同輸入條件下的性能表現(xiàn)。

鎖存使能特性

鎖存使能電壓范圍 -2.0 V至 0 V，差分輸入電壓0.4 V至 2.0 V，輸入高/低電流在特定電壓下為 -300 μA至 +300 μA，鎖存建立時(shí)間和保持時(shí)間在VOD = 250 mV時(shí)均為200 ps等。這些特性對于需要鎖存功能的應(yīng)用非常重要。

直流輸出特性

輸出高電平在ECL 50 Ω負(fù)載至 -2.0 V時(shí)為 -1.15 V至 -0.81 V，輸出低電平為 -1.95 V至 -1.54 V，上升時(shí)間和下降時(shí)間分別為530 ps和450 ps。

交流性能

傳播延遲在VOD = 1 V時(shí)為700 ps，VOD = 20 mV時(shí)為830 ps，傳播延遲溫度系數(shù)0.25 ps/°C等。這些參數(shù)反映了比較器在交流信號處理時(shí)的性能。

電源相關(guān)參數(shù)

正電源電流、負(fù)電源電流、正/負(fù)電源電壓以及功耗等參數(shù)，對于評估比較器的電源需求和功耗情況至關(guān)重要。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

高速設(shè)計(jì)技巧

1. 接地平面：使用低阻抗接地平面是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。多層板中的接地平面能提供低電感接地，消除接地反彈引起的電位差，還能減少雜散電容的影響。
2. 旁路電容：在高速應(yīng)用中，為電源提供旁路電容很重要。每個電源引腳附近應(yīng)放置1 μF電解旁路電容至地，同時(shí)在ADCMP563/ADCMP564的電源引腳附近盡可能靠近地放置10 nF陶瓷電容。
3. 鎖存使能輸入：鎖存使能輸入為低電平有效（鎖存）。若不使用鎖存功能，可將鎖存使能輸入懸空或接地，互補(bǔ)輸入可懸空或接 -2.0 V。
4. 未使用比較器處理：若ADCMP563/ADCMP564中有一個比較器未使用，應(yīng)避免其輸入浮空，可通過使兩個輸入至少相差一個二極管壓降，并正確連接鎖存使能輸入來解決。
5. ECL端接：使用適當(dāng)?shù)腅CL端接可獲得最佳性能。ADCMP563/ADCMP564的開集電極輸出應(yīng)通過50 Ω電阻端接至 -2.0 V或其他等效ECL端接。若 -2.0 V電源不可用，可使用82 Ω電阻接地和130 Ω電阻接 -5.2 V來實(shí)現(xiàn)等效端接。當(dāng)高速ECL信號布線超過一厘米時(shí)，可能需要微帶或帶狀線技術(shù)。

時(shí)鐘定時(shí)恢復(fù)

在數(shù)字系統(tǒng)中，比較器常用于恢復(fù)時(shí)鐘定時(shí)信號。長距離傳輸?shù)母咚俜讲赡芤螂s散電容和電感而失真，高速比較器可在保持最小延遲的情況下恢復(fù)失真波形。

高速性能優(yōu)化

1. 源電阻控制：最小化源到輸入的電阻對于最大化ADCMP563/ADCMP564的高速運(yùn)行至關(guān)重要。源電阻與等效輸入電容的組合可能導(dǎo)致輸入響應(yīng)滯后，從而延遲輸出。為獲得最佳性能，源阻抗應(yīng)遠(yuǎn)小于100 Ω。
2. 避免使用插座：由于插座存在雜散電容和電感，應(yīng)盡量避免使用。采用適當(dāng)?shù)母咚偌夹g(shù)，可確保比較器輸入信號通過開關(guān)閾值時(shí)無振蕩。

比較器傳播延遲離散

ADCMP563/ADCMP564專門設(shè)計(jì)用于減少100 mV至1.5 V輸入過驅(qū)動范圍內(nèi)的傳播延遲離散。傳播延遲過驅(qū)動離散是指過驅(qū)動程度變化導(dǎo)致的傳播延遲變化。該特性在關(guān)鍵定時(shí)應(yīng)用中非常重要，如ATE、臺式儀器和核儀器等。

比較器遲滯

在噪聲環(huán)境或不希望比較器在輸入信號接近開關(guān)閾值時(shí)頻繁切換狀態(tài)的情況下，添加遲滯功能很有用。ADCMP564通過可編程遲滯引腳產(chǎn)生遲滯，這種方式產(chǎn)生的遲滯與輸出擺幅無關(guān)，且圍繞觸發(fā)點(diǎn)對稱。

最小輸入壓擺率要求

為確保比較器在輸入通過閾值時(shí)不發(fā)生振蕩，所有高速比較器都需要滿足最小壓擺率要求。ADI建議壓擺率為1 V/μs或更快，若使用小于1 V/μs的壓擺率，可添加遲滯來防止振蕩。

四、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多個典型應(yīng)用電路，如高速采樣電路、高速窗口比較器、使用HYS控制引腳添加遲滯以及將ECL輸出與50 Ω接地輸入儀器接口的方法等。這些電路為工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中提供了參考。

五、總結(jié)

ADCMP563/ADCMP564高速比較器憑借其出色的性能和豐富的特性，在高速電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要充分考慮高速設(shè)計(jì)技巧、時(shí)鐘定時(shí)恢復(fù)、性能優(yōu)化、傳播延遲離散、遲滯以及最小輸入壓擺率等因素，以確保比較器能發(fā)揮最佳性能。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似比較器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。