高速ECL比较器ADCMP563/ADCMP564：特性、应用与设计要点

在高速电子设计领域，比较器的性能往往对整个系统的表现起着关键作用。今天，我们就来深入探讨一下Analog Devices公司的高速比较器ADCMP563/ADCMP564，了解它们的特性、应用场景以及设计过程中的一些要点。

文件下载：ADCMP564.pdf

一、器件概述

ADCMP563/ADCMP564是采用Analog Devices专有XFCB工艺制造的高速比较器。它们具有700 ps的传播延迟，且过驱动离散小于75 ps。这种低离散特性在不同过驱动条件下能保持传播延迟的一致性，对于高速比较器而言至关重要。

特性亮点

1. 输入输出特性：差分ECL兼容输出，输入到输出传播延迟700 ps，传播延迟离散75 ps，输入共模范围为 -2.0 V至 +3.0 V，具备强大的输入保护功能。
2. 内部结构特性：具有差分锁存控制，内部有锁存上拉电阻，电源抑制比大于85 dB，最小脉冲宽度700 ps，等效输入上升时间带宽1.5 GHz，典型输出上升/下降时间500 ps，ESD保护大于4 kV HBM、大于200 V MM，且ADCMP564具有可编程迟滞功能。

应用场景广泛

适用于自动测试设备、高速仪器、示波器和逻辑分析仪前端、窗口比较器、高速线路接收器、阈值检测、峰值检测、高速触发器、患者诊断、手持测试仪器、过零检测器、线路接收器和信号恢复以及时钟驱动器等众多领域。

二、规格参数详解

直流输入特性

输入电压范围 -2.0 V至 +3.0 V，输入差分电压 -5 V至 +5 V，输入失调电压在VCM = 0 V时为 -10.0 mV至 +10.0 mV，通道匹配±2.0 mV，失调电压温度系数2.0 μV/°C等。这些参数决定了比较器在不同输入条件下的性能表现。

锁存使能特性

锁存使能电压范围 -2.0 V至 0 V，差分输入电压0.4 V至 2.0 V，输入高/低电流在特定电压下为 -300 μA至 +300 μA，锁存建立时间和保持时间在VOD = 250 mV时均为200 ps等。这些特性对于需要锁存功能的应用非常重要。

直流输出特性

输出高电平在ECL 50 Ω负载至 -2.0 V时为 -1.15 V至 -0.81 V，输出低电平为 -1.95 V至 -1.54 V，上升时间和下降时间分别为530 ps和450 ps。

交流性能

传播延迟在VOD = 1 V时为700 ps，VOD = 20 mV时为830 ps，传播延迟温度系数0.25 ps/°C等。这些参数反映了比较器在交流信号处理时的性能。

电源相关参数

正电源电流、负电源电流、正/负电源电压以及功耗等参数，对于评估比较器的电源需求和功耗情况至关重要。

三、设计要点与注意事项

高速设计技巧

1. 接地平面：使用低阻抗接地平面是设计的关键。多层板中的接地平面能提供低电感接地，消除接地反弹引起的电位差，还能减少杂散电容的影响。
2. 旁路电容：在高速应用中，为电源提供旁路电容很重要。每个电源引脚附近应放置1 μF电解旁路电容至地，同时在ADCMP563/ADCMP564的电源引脚附近尽可能靠近地放置10 nF陶瓷电容。
3. 锁存使能输入：锁存使能输入为低电平有效（锁存）。若不使用锁存功能，可将锁存使能输入悬空或接地，互补输入可悬空或接 -2.0 V。
4. 未使用比较器处理：若ADCMP563/ADCMP564中有一个比较器未使用，应避免其输入浮空，可通过使两个输入至少相差一个二极管压降，并正确连接锁存使能输入来解决。
5. ECL端接：使用适当的ECL端接可获得最佳性能。ADCMP563/ADCMP564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ECL端接。若 -2.0 V电源不可用，可使用82 Ω电阻接地和130 Ω电阻接 -5.2 V来实现等效端接。当高速ECL信号布线超过一厘米时，可能需要微带或带状线技术。

时钟定时恢复

在数字系统中，比较器常用于恢复时钟定时信号。长距离传输的高速方波可能因杂散电容和电感而失真，高速比较器可在保持最小延迟的情况下恢复失真波形。

高速性能优化

1. 源电阻控制：最小化源到输入的电阻对于最大化ADCMP563/ADCMP564的高速运行至关重要。源电阻与等效输入电容的组合可能导致输入响应滞后，从而延迟输出。为获得最佳性能，源阻抗应远小于100 Ω。
2. 避免使用插座：由于插座存在杂散电容和电感，应尽量避免使用。采用适当的高速技术，可确保比较器输入信号通过开关阈值时无振荡。

比较器传播延迟离散

ADCMP563/ADCMP564专门设计用于减少100 mV至1.5 V输入过驱动范围内的传播延迟离散。传播延迟过驱动离散是指过驱动程度变化导致的传播延迟变化。该特性在关键定时应用中非常重要，如ATE、台式仪器和核仪器等。

比较器迟滞

在噪声环境或不希望比较器在输入信号接近开关阈值时频繁切换状态的情况下，添加迟滞功能很有用。ADCMP564通过可编程迟滞引脚产生迟滞，这种方式产生的迟滞与输出摆幅无关，且围绕触发点对称。

最小输入压摆率要求

为确保比较器在输入通过阈值时不发生振荡，所有高速比较器都需要满足最小压摆率要求。ADI建议压摆率为1 V/μs或更快，若使用小于1 V/μs的压摆率，可添加迟滞来防止振荡。

四、典型应用电路

文档中给出了多个典型应用电路，如高速采样电路、高速窗口比较器、使用HYS控制引脚添加迟滞以及将ECL输出与50 Ω接地输入仪器接口的方法等。这些电路为工程师在实际设计中提供了参考。

五、总结

ADCMP563/ADCMP564高速比较器凭借其出色的性能和丰富的特性，在高速电子设计领域具有广泛的应用前景。但在设计过程中，工程师需要充分考虑高速设计技巧、时钟定时恢复、性能优化、传播延迟离散、迟滞以及最小输入压摆率等因素，以确保比较器能发挥最佳性能。大家在实际应用中是否遇到过类似比较器的设计挑战呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。