高速利器：AD96685/AD96687超快比較器深度解析

在電子工程師的設計工具箱里，高速比較器是處理高速信號不可或缺的關鍵組件。今天，我們就來深入探討Analog Devices公司的AD96685和AD96687這兩款超快電壓比較器，看看它們有哪些獨特的特性和應用場景。

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器件概述

AD96685和AD96687屬于超快電壓比較器。其中，AD96685是單比較器，傳播延遲僅2.5 ns；AD96687則是雙比較器，速度同樣出色。它們都具備50 ps的傳播延遲色散，這在高速比較器中是非常重要的特性，它衡量的是不同過驅動條件下傳播延遲的差異。

輸入級采用快速、高精度的差分結構，能在 -2.5 V至 +5 V的共模范圍內，使各種信號保持一致的傳播延遲。輸出為互補數字信號，與ECL 10 K和10 KH邏輯系列完全兼容，并且能提供足夠的驅動電流，直接驅動端接50 Ω至 -2 V的傳輸線。

關鍵特性總結

1. 速度快：傳播延遲僅2.5 ns，滿足高速應用需求。
2. 低功耗：每個比較器功耗為118 mW，節能高效。
3. 多種封裝形式：提供DIP、SOIC、PLCC等封裝，方便不同設計選擇。
4. 電源兼容性好：支持 +5 V和 -5.2 V電源供電。
5. 邏輯兼容：輸出與ECL邏輯兼容。
6. 低延遲色散：50 ps的延遲色散確保了在不同過驅動條件下的穩定性能。

低延遲色散在高速比較器中具有諸多好處。從搜索到的資料可知，在自動測試系統的引腳驅動電路中，低延遲色散能決定比較器的最大邊緣分辨率。這意味著在高速信號處理中，它可以使比較器更精準地識別信號的變化邊緣，減少信號延遲的不確定性，提高信號處理的準確性和穩定性。

電氣特性

輸入特性

輸入偏移電壓在25°C時為1 - 2 mV，輸入偏移漂移為20 μV/°C，輸入偏置電流為7 - 10 μA，輸入偏移電流為0.1 - 1.0 μA，輸入電阻為200 kΩ，輸入電容為2 pF。輸入電壓范圍為 -2.5 V至 +5.0 V，共模抑制比為80 - 90 dB。這些參數確保了在不同輸入條件下，比較器能夠穩定、準確地工作。 高速比較器的輸入特性至關重要。輸入偏移電壓、輸入偏移漂移、輸入偏置電流、輸入偏移電流等參數會影響比較器的精度。例如，較小的輸入偏移電壓能使比較器更準確地判斷輸入信號的大小關系，減少誤差。輸入電阻和輸入電容則會影響信號的傳輸和響應速度。合適的輸入電阻可以減少信號的衰減，而較小的輸入電容有助于提高信號的響應速度，使比較器能夠快速對輸入信號的變化做出反應。輸入電壓范圍和共模抑制比決定了比較器的適用場景和抗干擾能力。較寬的輸入電壓范圍可以使比較器在不同的信號幅度下工作，而較高的共模抑制比能夠有效抑制共模干擾，提高比較器的穩定性。作為電子工程師，在設計使用高速比較器的電路時，你是否會特別關注這些輸入特性呢？

輸出特性

邏輯“1”電壓為 -1.1 V，邏輯“0”電壓為 -1.5 V，邏輯“1”電流為40 - 50 μA，邏輯“0”電流為5 - 10 μA。輸出能提供足夠的驅動能力，與ECL邏輯兼容，可直接驅動端接50 Ω至 -2 V的傳輸線。

開關性能

傳播延遲（輸入到輸出 HIGH/LOW、鎖存使能到輸出 HIGH/LOW）在25°C時為2.5 - 3.5 ns，延遲色散為50 ps。最小脈沖寬度為2.0 - 3.0 ns，最小建立時間為0.5 - 1.0 ns，最小保持時間為0.5 - 1.0 ns。這些開關性能參數確保了在高速信號處理中，比較器能夠快速、準確地響應輸入信號的變化。

高速比較器的開關性能會受到多種因素的影響。從搜索的資料中可以了解到，電源旁路問題可能會導致比較器出現振蕩。印制線路板上電源線導電帶的直流電阻和電感，會使輸出狀態改變時產生的瞬態電流引起電源電壓波動，并反饋到輸入端。因此在設計時，應在比較器的電源引腳附近安裝低漏電電容，如0.1μF陶瓷電容，使其在高速切換期間作為低阻抗能量儲存器。接地問題也不容忽視。接地引線過長或未連接到低阻抗接地平面，會通過引線電感產生耦合作用，導致比較器振蕩。所以在設計中要盡量使接地引線短，并使用接地平面，避免使用插座。輸入信號源的高阻抗和雜散電容也可能影響開關性能。幾千歐的源阻抗和幾皮法的雜散電容就可能產生難以控制的振蕩，因此需要縮短引線，減少雜散電容的影響。作為電子工程師，你在實際設計中是否遇到過因這些因素導致比較器開關性能不佳的情況呢？

電源特性

正電源電流為8 - 15 mA，負電源電流為9 - 18 mA，電源抑制比為60 - 70 dB。電源電壓需保持穩定，在正常工作時，±5%的電源電壓波動范圍是允許的。穩定的電源對于保證比較器的性能至關重要，電源電壓的波動可能會影響比較器的精度和開關速度。

設計注意事項

接地與電源去耦

使用低阻抗接地平面是設計的關鍵，可減少接地噪聲對比較器性能的影響。同時，電源去耦也很重要，正、負電源連接都應分別通過0.1 μF陶瓷和0.001 μF云母電容接地。由于比較器電路對負電源變化更為敏感，所以要確保負電源“干凈”，減少電源波動對比較器的影響。

鎖存使能輸入

鎖存使能輸入為低電平時有效（鎖存）。若不使用鎖存功能，AD96685的鎖存使能輸入應接地，AD96687的鎖存使能輸入可接 -2.0 V或浮空。此外，該輸入還可作為遲滯控制輸入，通過改變其電壓可實現小范圍的遲滯變化。

未使用比較器處理

對于AD96687中未使用的比較器，其輸入不能浮空，否則高內部增益可能導致輸出振蕩，影響正在使用的比較器。可通過確保兩個輸入至少有一個二極管壓降的差異，并將鎖存使能輸入接地，使輸出處于固定狀態。

終端匹配

為獲得最佳性能，應使用適當的ECL終端匹配。AD96685/AD96687的開集電極輸出應通過50 Ω電阻端接至 -2.0 V或其他等效的ECL終端。若高速ECL信號傳輸距離超過幾厘米，可能需要采用微帶線或帶狀線技術，以確保信號的正確過渡時間，防止輸出振鈴。

典型應用

高速采樣電路

通過比較輸入信號VIN和參考電壓VREF，實現高速信號的采樣功能。該電路能快速準確地對輸入信號進行采樣，適用于對采樣速度要求較高的場合。

高速窗口比較器

可設置正負參考電壓+VREF和 -VREF，判斷輸入信號VIN是否在設定的窗口范圍內。常用于需要精確判斷信號范圍的應用場景，如信號監測、故障診斷等。

總結

AD96685和AD96687作為高速比較器，具有快速、低功耗、多種封裝形式和邏輯兼容性等優點。在設計使用時，電子工程師需充分考慮其電氣特性和設計注意事項，采用合適的高速設計技術，以實現最佳性能。同時，根據不同的應用需求，合理選擇和應用這兩款比較器，能為高速信號處理系統提供可靠的解決方案。你在實際項目中是否使用過類似的高速比較器，遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享。