コンパレータ集積回路重要ですアンプを使用します。彼らは2つのアナログ電圧を比較します。次に、デジタル出力を提供します。これらのicsは、信号が特定のレベルを通過するときに見つけるのに役立ちます。これは敏感な電子機器を保護します。それはまた信号処理の選択をするのを助けます。コンパレータは、信号がセットポイントを横切るのを見ると、その出力を変化させる。これはアナログ信号をデジタル信号に変えるのを助けます。多くのアンプは、ADC設計のものと同様に、正しい作業のためにコンパレータを必要とします。下のテーブルさまざまなコンパレータがアンプでアナログ信号をデジタルに変更するのにどのように役立つかを示します。

重要なポイント

• コンパレータは2つの電圧をチェックし、デジタル出力を与えます。アナログ信号をクリアなハイまたはロー信号に変更します。これは迅速な決定を下すのに役立ちます。

• コンパレータ回路にヒステリシスを追加すると、ノイズからの誤った切り替えが停止します。これにより、出力がより安定して信頼できるようになります。

• コンパレータはフィードバックなしで動作するため、オペアンプのようではありません。また、より速く切り替えます。これにより、デジタル信号処理としきい値検出に適しています。

• ジョブごとに異なるタイプのコンパレータがあります。いくつかは低電力デバイス用です。その他は高速通信システム用です。バッテリーの監視やモーター制御などに役立ちます。

• 適切なコンパレータを選択すると、精度、速度、電力使用量、およびノイズ保護のバランスをとる必要があります。これはあなたの電子デザインがその仕事のためにうまく働くのを助けます。

定義と構造

コンパレータ集積回路は、今日のエレクトロニクスにおいて非常に重要である。これらのアンプは2つの電圧を見て、デジタル出力を与えます。コンパレータの主要部分は差动アンプステージを使用します。この部分は2つの入力を有する。一方の入力は反転であり、他方は非反転である。非反転入力がより高い電圧を得ると、出力は高くなる。反転入力がより高ければ、出力はローになる。これにより、コンパレータはアナログ信号をデジタル信号に変更できます。

通常のコンパレータ回路は、高利得の差動増幅器を使用する。出力は、オープンコレクタまたはプッシュプルであり得る。オープンコレクタ出力にはプルアップ抵抗が必要です。さまざまなロジックレベルに接続できます。プッシュプル出力は、より強力なドライブと均一な波形を提供します。多くのコンパレータには、組み込みの参照電圧や調整可能なヒステリシスなどの機能があります。これらの特徴は、ノイズからの望ましくない切り替えを阻止するのに役立つ。

下の表は、コンパレータ集積回路の重要な技術的詳細と特徴を示しています:

微分比較器はNPNとPNPの両方を使用しますトランジスタ入力ステージでこれは、デバイスが多くの入力電圧を処理するのに役立ちます。出力ステージは、フルサプライスイングのためにエミッターフォロワーを使用することがよくあります。いくつか人気のあるコンパレータは、LM339、LM393、およびTLV3501です。を使用します。これらのデバイスは高速に切り替え、多くの用途でうまく機能します。

ヒント:コンパレータ回路にヒステリシスを追加すると、ノイズからの誤った切り替えを止めるのに役立ちます。デザイナーもバイパスを使用コンデンサそしてよりよい安定性のための短い入力トレース。

コンパレーターvs. Op-Amp

多くの人々がコンパレータを混同し、演算アンプを使用します。どちらも差動アンプステージを使用していますが、異なる仕事のために作られています。コンパレータはのために作られています高速スイッチングそしてデジタル出力。彼らはで働くOpen-loopモードフィードバックを使用しない抵抗器を使用します。これにより、小さな電圧変化にすばやく反応します。

オペアンプと呼ばれるオペアンプは一般的なアンプです。アナログ信号を大きくし、ゲインと安定性のためにフィードバックを使用することがよくあります。オペアンプは、オーディオアンプやフィルターなどのリニアジョブに最適です。コンパレータは電子コンパレータです。彼らは2つの電圧を比較し、デジタル出力を与えます。

コンパレータとオペアンプの主な違いは次のとおりです。

• コンパレータはオープンループで動作しますが、オペアンプはフィードバックを使用します。

• コンパレータはデジタル出力を与えます。オペアンプはアナログ出力を与えます。

• Comparator icsは高速で、特別な出力ステージがあります。

• コンパレータには、切り替えを改善するためのヒステリシスと内部ラッチがあります。

• オペアンプは、高速変更やデジタル接続用には作成されません。

混合信号システムでは差動コンパレータが必要です。これらは、しきい値検出、ゼロクロス検出、およびウィンドウ比較に役立ちます。デジタルコンパレータと電圧コンパレータは、アナログ/デジタルコンバータと保護回路での迅速な選択に役立ちます。電子コンパレータは、動き検出、バッテリー監視、過電流保護にも使用されます。

注:良好なレイアウト、接地、および信号ルーティングは、コンパレータ回路にとって重要である。これらのステップは、特に高速設計で、振動を止め、回路を安定に保つのに役立ちます。

働く原理

入力と出力の動作

コンパレータは2つの電圧を比較するため、エレクトロニクスでは重要です。彼らはこのジョブを実行するために差分入力ステージを使用します。一方の入力は非反転と呼ばれ、他方は反転と呼ばれる。非反転入力が反転入力よりも電圧が大きい場合、出力はハイになります。反転入力がより高ければ、出力はローになる。この素早い変化は、アナログの違いから明確なデジタル信号を作ります。

コンパレータの出力はスイッチのように働く。それは2つの安定した電圧レベルの間を移動します。これらのレベルは、デジタル回路で使用されるロジックと一致します。これにより、コンパレータは電圧レベルの検出器として機能します。設計者は、電圧検出、信号検出、およびレベルセンシングにコンパレータを使用します。彼らは小さな電圧差に気づき、高速で安定したデジタル出力を与えることができます。

テストは、デバイスがLM339ANコンパレータスイッチ出力が非常に高速を使用します。入力が設定された参照電圧を通過するときにこれを行います。これにより、コンパレータは1ビットのアナログ-デジタルコンバータとして優れています。実際の生活では、電源監視のように、コンパレータは入力が変更されても安定したバイナリ出力を維持します。ヒステリシスの追加は、不要な切り替えをノイズから止めるのに役立ちます。これは、出力をより安定させる。

注:コンパレータが応答する速度は、入力オーバードライブと出力負荷によって異なります。LM339ANやLT1394などの高速コンパレータは、ナノ秒単位で切り替えることができます。この速度は、迅速な選択を必要とする信号処理に必要です。

コンパレータは一般的なアンプのようではありません。彼らはスムーズな方法で信号を大きくしません。代わりに、それらはデジタルコンパレータとして機能します。入力電圧を比較した後、明確な高または低出力を提供します。これが、高速で正しい電圧比較が必要な回路で必要とされる理由です。

しきい値検出

しきい値検出は、コンパレータの主な仕事です。ここで、コンパレータは入力電圧を監視し、設定された参照電圧と照合します。入力が参照を横切ると、出力が変化する。これは、信号が特定の電圧を通過する正確な時間を示しています。エンジニアは多くの信号処理システムでこれを使用します。

しきい値は、コンパレータが出力を切り替える電圧です。デザイナーはしばしば回路にヒステリシスを追加します。ヒステリシスは、2つのスイッチングポイントを作成します。1つは上昇入力用、もう1つは下降入力用です。これにより、特にノイズがある場合、入力がしきい値に近いときに出力が大きく変化するのを止める。シュミットトリガーは、ヒステリシスを有する共通のコンパレータ回路である。テストは、ヒステリシスはノイズをブロックし、出力を安定させるのに役立ちますを使用します。

コンパレータは、単純なアナログ − デジタルコンバータとして働くことができる。アナログ電圧をデジタル信号に変えます。入力がしきい値を超えると、出力はハイになります。入力がしきい値を下回ると、出力は低くなります。これにより、コンパレータはすぐに電圧検出と信号処理を行うことができます。

下の表は示しています一般的な数値のしきい値とエラーマージンコンパレータベースのしきい値検出で:

このデータは、正確なしきい値検出が重要である理由と、実際のシステムでエラーマージンが重要である理由を示しています。推測や誤警報などの修正要因は、しきい値の推定値が信頼できることを確認するのに役立ちます。

タイプのコンパレータ

多くの種類のコンパレータがあります。それぞれの種類は、エレクトロニクスのさまざまな仕事に適しています。エンジニアは、自動車、工場、家庭用デバイスでアナログコンパレータを使用しています。以下の表は、各コンパレータのタイプがさまざまな業界にどのように役立つかを示していますそして使用します。

オープンコレクターとプッシュプル

オープンコレクタコンパレータには、出力にプルアップ抵抗が必要です。これにより、さまざまな電圧レベルとロジックタイプで動作します。彼らは高電圧を扱うので、彼らは車や厳しい場所に適しています。プッシュプルコンパレータには、両方向に電力が供給される出力があります。彼らはより速く切り替え、プルアップ抵抗を必要としません。プッシュプルタイプは、クイックスイッチングと強力なデジタル信号が必要な場合に最適です。

オープンコレクタ出力は、より高い電圧を処理できます。プッシュプル出力はより速く、回路を容易にします。

高速およびローパワー

高速コンパレータは電圧変化に速く反応します。エンジニアは、レーダー、高速データ、および通信でそれらを使用します。これらのコンパレータは、ラッチ設計を使用して迅速に動作することがよくあります。低電力コンパレータはほとんどエネルギーを使用しません。彼らはバッテリーガジェットや医療ツールに適しています。デザイナーはスピードとセービングパワーの間で選ぶを使用します。より速いコンパレータは、より多くの電力を使用し、より多くのノイズを発生させる可能性があります。慎重な設計は電力を節約するのに役立ちますが、速度を維持します。

窓とゼロクロッシング

ウィンドウコンパレータは、電圧が設定された範囲内にあるかどうかを確認します。2つのアナログコンパレータを使用して、上限と下限を監視します。これらの回路は、バッテリーのチェックや電圧の停止に役立ちます。ゼロ交差検出器は、電圧がゼロを通過するときに検出します。エンジニアは、位相ロックループ、波のチェック、およびモーター制御でそれらを使用します。ゼロ交差検出器は、スイッチングと信号の正確なタイミングを提供します。多くのアナログおよび電子コンパレータは、今日の回路でゼロ交差検出器として機能します。

ゼロ交差検出器は、信号処理において重要である。それらはタイミングと信号の位相を見つけるのを助けます。

アプリケーションのコンパレータ

信号処理

コンパレータは信号処理において非常に重要です。アナログ電圧をデジタル信号に変更するのに役立ちます。これにより、システムは迅速かつ正しい選択を行うことができます。エンジニアは、信号検出とレベルセンシングにアナログコンパレータを使用します。彼らはまた、ゼロ交差検出器としてそれらを使用します。これらの回路は、信号が特定の電圧を通過することを知ることができます。これは、タイミングとデータの変更に必要です。

高速コンパレータは、わずかナノ秒で非常に高速に切り替えることができます。この速い速度は、リアルタイムのアナログからデジタルへの変換に役立ちます。5Gやレーダーなどで使用されています。たとえば、40 Gb/s CMOSクロックドコンパレータは、10 GHzトグルレートで10 ^-12未満のビットエラーレートを持つことができます。これは、新しい電子機器の高速信号処理に適していることを意味します。

電圧モニタリング

バッテリーや電源の電圧監視には、コンパレータが必要です。また、温度センサーにも役立ちます。彼らは入力電圧を参照電圧と比較します。電圧が安全限界を超えると、信号が送信されます。これは、電圧が多すぎたり少なすぎたりすることから回路を保護するのに役立ちます。

ウィンドウコンパレータは、電圧が2つの設定レベルの間にあるかどうかをチェックします。たとえば、バッテリーが3.5Vから4.2Vの間にあるかどうかを監視できます。適応電力制御では、可変しきい値コンパレータを使用すると、正味電力を12.39% 削減し、リークを7.96% 削減できます。LM339ANコンパレータ速く、使いやすいです。電圧モニタリングに適しています。それは非常に少ない流れを、時々使用します2µ A未満を使用します。それは1.0Vとして低い供給電圧で働くことができます。

• シンプルな回路設計と高速応答電圧検出のために良いコンパレータを作る。

• それらがどれほど信頼できるかは、部品とデザインによって異なります。

• 精度はオフセットによって影響を受ける可能性があり、ヒステリシスしたがって、これらは制御する必要があります。

ノイズ免疫とヒステリシス

ノイズにより、コンパレータ回路が誤って切り替わる可能性があります。これは、入力電圧が閾値に近いときに起こる。エンジニアはこの問題を止めるためにヒステリシスを追加します。ヒステリシスは2つのスイッチングポイントを作る。1つは電圧の上昇用で、もう1つは電圧の低下用です。これは、小さなノイズスパイクのために出力があまりにも速く変化するのを止める。

たとえば、74LS14シュミットトリガーは、1.6Vの正のしきい値と0.8Vの負のしきい値を使用します。それらの違いはヒステリシス電圧と呼ばれ、0.8Vです。このギャップはチャタリングからの出力を停止し、信号を安定に保ちます。実際の設計では、抵抗器がヒステリシス電圧を設定します。AとのTLC39コンパレータ22.6 mVヒステリシス电圧しきい値付近のノイズをブロックできます。しかし、それはまた小さなデッドゾーンを作ります。

コンパレータのヒステリシスは、サーモスタットの「バックラッシュ」のように機能します。ノイズがある場合でも、高速スイッチングを停止し、電圧監視回路を安定させます。

コンパレータの選択

キーパラメータ

エンジニアは、いくつかの主要なことをチェックしてコンパレータを選びます。これらのアンプは、電圧を非常に正確に比較する必要があります。入力オフセット電圧重要なことは1つです。出力が変わる前に入力電圧がどれだけ異なる可能性があるかを示します。オフセットが低い場合は、精度が向上します。応答時間は別の重要なことです。速い応答は、コンパレータが信号の速い変化をキャッチすることを可能にする。電力の使用はバッテリーデバイスにとって重要です。設計者は、エネルギーを節約するがそれでもうまく機能するアンプを望んでいます。コモンモード除去率は、両方の入力の不要な電圧をブロックするのに役立ちます。これにより、騒がしい場所でデバイスがより正確になります。

デザインに関する考察

アンプを選ぶとき、デザイナーは多くのことを考えなければなりません。

• 彼らは両方をチェックするダイナミックで静的なパワー使用エネルギーを救うため。

• 彼らは、コンパレータが切り替わるたびにどれだけのエネルギーが使用されるかを調べます。

• コストは、各ウェーハからどれだけ多くのチップが良いかに依存する。より良いチップはより低い価格を意味します。

• アナログIC設計には注意が必要ですトランジスタサイズとバイアスを使用します。これにより、正しいゲインとスピードが得られます。

• デザイナーが選ぶ特別な仕事のためのASICと柔軟な使用のためのSoCを使用します。

優れた設計上の選択は、回路をより正確にし、より少ない電力を使用し、確実に電圧を見つけるのに役立ちます。

利点と制限

今日の電子機器には、コンパレータの良い点がたくさんあります。彼らは速く切り替え、デジタルロジックでうまく機能します。それらの精度は、小さな電圧変化を見つけるのに役立ちます。しかし、これらのアンプはノイズに悩まされる可能性があります。デザイナーは、ヒステリシスを追加するか、特別なレイアウトを使用して誤った切り替えを停止します。電力の使用と慎重なテスト設定も問題になることがあります。

設計者は、最良の結果を得るには、信号処理のニーズに合ったコンパレータ機能を常に選択する必要があります。

コンパレータ集積回路は、今日のエレクトロニクスにおいて非常に重要である。デバイスが信号を処理し、レベルがいつ変化するかを見つけるのに役立ちます。また、繊細な部品を害から安全に保ちます。コンパレータの市場はますます大きくなっています。だった2023年に18億6000万ドルを使用します。専門家は、2032年までに30億ドルに成長すると考えています。

• ありますより少ないパワーを使用し、より速く働く新しいデザインを使用します。

• より多くの企業が自動車、病院、工場でコンパレータを使用しています。

• 企業は研究にお金を費やし、より良い製品を作るために協力します。

エンジニアと学生は、コンパレータを使用して、プロジェクトをより良く機能させ、より信頼できるものにすることができます。

よくある質問

コンパレータ集積回路は何をしますか?

コンパレータICは2つの電圧を見る。どちらが高いかを示すデジタル出力を提供します。これは、信号が特定のレベルを通過するときをデバイスが知るのに役立ちます。

コンパレータはオペアンプとどう違うのですか?

コンパレータは、その出力をハイとローの間で速く変化させる。オペアンプは信号をより強くし、フィードバックを使用します。コンパレータはデジタル信号で動作します。オペアンプはアナログ信号に使用されます。

エンジニアがコンパレータ回路にヒステリシスを追加するのはなぜですか?

ヒステリシスは、誤って切り替えから出力を停止します。スイッチングに2ポイントを占めるため、入力にノイズがあっても出力は安定しています。

人々はどこでコンパレータICを使用しますか?

• バッテリー電圧のチェック

• 信号処理

• 過電流保護

• モーター制御

これらのICは、多くのデバイスを安全に保ち、迅速に選択するのに役立ちます。