高速利器：AD96685/AD96687超快比较器深度解析

在电子工程师的设计工具箱里，高速比较器是处理高速信号不可或缺的关键组件。今天，我们就来深入探讨Analog Devices公司的AD96685和AD96687这两款超快电压比较器，看看它们有哪些独特的特性和应用场景。

文件下载：AD96685.pdf

器件概述

AD96685和AD96687属于超快电压比较器。其中，AD96685是单比较器，传播延迟仅2.5 ns；AD96687则是双比较器，速度同样出色。它们都具备50 ps的传播延迟色散，这在高速比较器中是非常重要的特性，它衡量的是不同过驱动条件下传播延迟的差异。

输入级采用快速、高精度的差分结构，能在 -2.5 V至 +5 V的共模范围内，使各种信号保持一致的传播延迟。输出为互补数字信号，与ECL 10 K和10 KH逻辑系列完全兼容，并且能提供足够的驱动电流，直接驱动端接50 Ω至 -2 V的传输线。

关键特性总结

1. 速度快：传播延迟仅2.5 ns，满足高速应用需求。
2. 低功耗：每个比较器功耗为118 mW，节能高效。
3. 多种封装形式：提供DIP、SOIC、PLCC等封装，方便不同设计选择。
4. 电源兼容性好：支持 +5 V和 -5.2 V电源供电。
5. 逻辑兼容：输出与ECL逻辑兼容。
6. 低延迟色散：50 ps的延迟色散确保了在不同过驱动条件下的稳定性能。

低延迟色散在高速比较器中具有诸多好处。从搜索到的资料可知，在自动测试系统的引脚驱动电路中，低延迟色散能决定比较器的最大边缘分辨率。这意味着在高速信号处理中，它可以使比较器更精准地识别信号的变化边缘，减少信号延迟的不确定性，提高信号处理的准确性和稳定性。

电气特性

输入特性

输入偏移电压在25°C时为1 - 2 mV，输入偏移漂移为20 µV/°C，输入偏置电流为7 - 10 µA，输入偏移电流为0.1 - 1.0 µA，输入电阻为200 kΩ，输入电容为2 pF。输入电压范围为 -2.5 V至 +5.0 V，共模抑制比为80 - 90 dB。这些参数确保了在不同输入条件下，比较器能够稳定、准确地工作。 高速比较器的输入特性至关重要。输入偏移电压、输入偏移漂移、输入偏置电流、输入偏移电流等参数会影响比较器的精度。例如，较小的输入偏移电压能使比较器更准确地判断输入信号的大小关系，减少误差。输入电阻和输入电容则会影响信号的传输和响应速度。合适的输入电阻可以减少信号的衰减，而较小的输入电容有助于提高信号的响应速度，使比较器能够快速对输入信号的变化做出反应。输入电压范围和共模抑制比决定了比较器的适用场景和抗干扰能力。较宽的输入电压范围可以使比较器在不同的信号幅度下工作，而较高的共模抑制比能够有效抑制共模干扰，提高比较器的稳定性。作为电子工程师，在设计使用高速比较器的电路时，你是否会特别关注这些输入特性呢？

输出特性

逻辑“1”电压为 -1.1 V，逻辑“0”电压为 -1.5 V，逻辑“1”电流为40 - 50 µA，逻辑“0”电流为5 - 10 µA。输出能提供足够的驱动能力，与ECL逻辑兼容，可直接驱动端接50 Ω至 -2 V的传输线。

开关性能

传播延迟（输入到输出 HIGH/LOW、锁存使能到输出 HIGH/LOW）在25°C时为2.5 - 3.5 ns，延迟色散为50 ps。最小脉冲宽度为2.0 - 3.0 ns，最小建立时间为0.5 - 1.0 ns，最小保持时间为0.5 - 1.0 ns。这些开关性能参数确保了在高速信号处理中，比较器能够快速、准确地响应输入信号的变化。

高速比较器的开关性能会受到多种因素的影响。从搜索的资料中可以了解到，电源旁路问题可能会导致比较器出现振荡。印制线路板上电源线导电带的直流电阻和电感，会使输出状态改变时产生的瞬态电流引起电源电压波动，并反馈到输入端。因此在设计时，应在比较器的电源引脚附近安装低漏电电容，如0.1μF陶瓷电容，使其在高速切换期间作为低阻抗能量储存器。接地问题也不容忽视。接地引线过长或未连接到低阻抗接地平面，会通过引线电感产生耦合作用，导致比较器振荡。所以在设计中要尽量使接地引线短，并使用接地平面，避免使用插座。输入信号源的高阻抗和杂散电容也可能影响开关性能。几千欧的源阻抗和几皮法的杂散电容就可能产生难以控制的振荡，因此需要缩短引线，减少杂散电容的影响。作为电子工程师，你在实际设计中是否遇到过因这些因素导致比较器开关性能不佳的情况呢？

电源特性

正电源电流为8 - 15 mA，负电源电流为9 - 18 mA，电源抑制比为60 - 70 dB。电源电压需保持稳定，在正常工作时，±5%的电源电压波动范围是允许的。稳定的电源对于保证比较器的性能至关重要，电源电压的波动可能会影响比较器的精度和开关速度。

设计注意事项

接地与电源去耦

使用低阻抗接地平面是设计的关键，可减少接地噪声对比较器性能的影响。同时，电源去耦也很重要，正、负电源连接都应分别通过0.1 µF陶瓷和0.001 µF云母电容接地。由于比较器电路对负电源变化更为敏感，所以要确保负电源“干净”，减少电源波动对比较器的影响。

锁存使能输入

锁存使能输入为低电平时有效（锁存）。若不使用锁存功能，AD96685的锁存使能输入应接地，AD96687的锁存使能输入可接 -2.0 V或浮空。此外，该输入还可作为迟滞控制输入，通过改变其电压可实现小范围的迟滞变化。

未使用比较器处理

对于AD96687中未使用的比较器，其输入不能浮空，否则高内部增益可能导致输出振荡，影响正在使用的比较器。可通过确保两个输入至少有一个二极管压降的差异，并将锁存使能输入接地，使输出处于固定状态。

终端匹配

为获得最佳性能，应使用适当的ECL终端匹配。AD96685/AD96687的开集电极输出应通过50 Ω电阻端接至 -2.0 V或其他等效的ECL终端。若高速ECL信号传输距离超过几厘米，可能需要采用微带线或带状线技术，以确保信号的正确过渡时间，防止输出振铃。

典型应用

高速采样电路

通过比较输入信号VIN和参考电压VREF，实现高速信号的采样功能。该电路能快速准确地对输入信号进行采样，适用于对采样速度要求较高的场合。

高速窗口比较器

可设置正负参考电压+VREF和 -VREF，判断输入信号VIN是否在设定的窗口范围内。常用于需要精确判断信号范围的应用场景，如信号监测、故障诊断等。

总结

AD96685和AD96687作为高速比较器，具有快速、低功耗、多种封装形式和逻辑兼容性等优点。在设计使用时，电子工程师需充分考虑其电气特性和设计注意事项，采用合适的高速设计技术，以实现最佳性能。同时，根据不同的应用需求，合理选择和应用这两款比较器，能为高速信号处理系统提供可靠的解决方案。你在实际项目中是否使用过类似的高速比较器，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享。