Перейти к содержанию

Превышение на входе компаратора (overdrive)

Время отклика компаратора в даташите всегда указано при определённом превышении — на сколько милливольт сигнал перешёл порог. Чем больше превышение, тем быстрее переключение; при малом компаратор работает медленно и может сработать неверно.

Обновлено Редакция GAW

Превышение (input overdrive) — на сколько напряжение на входах компаратора перешло через порог переключения. TI в даташите LM311 определяет его как разность входных напряжений сверх напряжения смещения. Например, если опорное напряжение — 1 В, а сигнал поднялся до 1,005 В, превышение — 5 мВ.

От превышения зависит скорость. Внутренние каскады компаратора переключаются тем быстрее, чем сильнее их раскачивают, поэтому время отклика в даташите имеет смысл только вместе с условиями измерения:

КомпараторУсловияВремя отклика
LM311 (TI)ступенька 100 мВ, превышение 5 мВ115 нс вверх, 165 нс вниз
LM393 (onsemi)ступенька 100 мВ, превышение 5 мВ1,3 мкс
LM393 (onsemi)логический перепад на входе300 нс

Оба производителя подчёркивают: при большем превышении отклик быстрее. Поэтому одна и та же микросхема переключается за сотни наносекунд на резком логическом перепаде и за микросекунды — на сигнале, едва перешедшем порог.

Связь с точностью. Чтобы компаратор срабатывал там, где задумано, превышение должно быть больше напряжения смещения — так пишет TI для LM311. Смещение LM393 по onsemi — до ±5 мВ при 25 °C, LM311 по TI — до 7,5 мВ: точнее нескольких милливольт такие компараторы сравнивать не умеют.

Медленные сигналы. На пологом фронте превышение нарастает постепенно: в момент перехода порога оно близко к нулю, отклик медленный, а шум сигнала может многократно перекидывать выход. Средство — гистерезис: положительная обратная связь сразу после переключения сдвигает порог и создаёт превышение. TI рекомендует его для LM311 как стандартную меру и против самовозбуждения.

Устройство и схемы компараторов — в статье «Компаратор», конкретные микросхемы — в карточках LM311 и LM393 и LM339.

Частые вопросы

Что такое overdrive у компаратора?

Разность напряжений на входах сверх порога переключения. TI в даташите LM311 определяет её как разность входов сверх напряжения смещения. Если порог — 1 В, а сигнал дошёл до 1,005 В, превышение — 5 мВ. Время отклика в даташитах указывают при определённом превышении.

Почему компаратор переключается медленнее заявленного?

Скорее всего, превышение меньше, чем в условиях даташита. Время отклика LM393 по onsemi — 1,3 мкс при превышении 5 мВ; на логическом перепаде, где превышение огромно, — 300 нс. И TI, и onsemi отмечают: чем больше превышение, тем быстрее отклик. На медленном сигнале у порога превышение растёт постепенно, и задержка увеличивается.

Как превышение связано с напряжением смещения?

Чтобы компаратор сработал там, где задумано, превышение должно быть больше напряжения смещения — иначе точка переключения сдвигается на величину смещения. У LM393 по onsemi смещение до ±5 мВ при 25 °C, у LM311 по TI — до 7,5 мВ. Поэтому сравнивать сигналы с точностью лучше нескольких милливольт на таких компараторах нельзя.

Источники

  1. Texas Instruments. LM111, LM211, LM311 Differential Comparators (SLCS007K, revised March 2017) — разд. 6.7 — отклик 115 нс вверх и 165 нс вниз на ступеньку 100 мВ с превышением 5 мВ; разд. 9.2.2.2 — превышение — разность на входах сверх напряжения смещения, для точного сравнения оно должно быть больше смещения, с ростом превышения отклик ускоряется
  2. onsemi. LM393, LM393E, LM293, LM2903, LM2903E, LM2903V, NCV2903: Low Offset Voltage Dual Comparators (LM393/D, Rev. 34, September 2025) — отклик 1,3 мкс на ступеньку 100 мВ с превышением 5 мВ при нагрузке 5,1 кОм к 5 В; на логическом перепаде — 300 нс; при большем превышении отклик быстрее; смещение до ±5 мВ при 25 °C

Нашли ошибку?

Смотрите также