Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 89
Текст из файла (страница 89)
и. ч| йх Х 0 ят ~ +7|7|7 с» ч,й и 4к -100 »» Ряс, 7.22. Врех|я срааатыяа. иия 1чЕ529 (фирна 5|анспах) при различных ахохных на- О у та 7Х 7|т 7Ы .тт| пряженнях переключения. Р| емя,лс Компаратор на транзисторах Шотки. ЫЕ529 (фирма 54ле!(сх) — пример компаратора, в котором используются транзисторы Шотки.
При скачке входного напряжения 50 мВ этот компаратор имеет следующие времена срабатывания: !рл (0) 10 нс (номинал), 20 ис (максимум); гра (Ц = 12 нс (номинал), 20 нс (максимум). На рис. 7.22 и 7.23 приведены его времена срабатывания при различных перепадах входного напряжения. Схема компаратора показана на рис. 7.24. Оиа содержит два соединенных последовательно при-дифференпиальных усилителя» которые управляют двумя комплементарными ТТЛ.схем .схемами. Входным каскадом служит дифференниальиый усилитель на Р ат аи- Кампаралюри наярюяенаа вист „торах Ям Я„смещенный источником ток на ()е Лля достижения высокого быстродействия нагрузка этого дифференциального усилителя пассивная — резисторы )т, и )(а (по 1,5 кОм кажои). Постоянная составляющая выходного напряжения первого каскада сдвинута вниз о помощью эмиттерных повторителей на Ще и (), и стабнлитронов 04 и О,.
Смещение этой схемы сдвига производится транзисторами источника тока Яе и 9,. Полный сдвиг постоянной составляющей равен )'на + $'я ж 7,0 В. Рнс. 7.23. Времена срабатывания МЕ529 (фирма 8!уипаа), О Х Л7 ту го 25 Ю Юречя,га' Второй каскад дифференциального усилителя выполнен на транзисторах Яш и Ям, смещенных источником тока на транзи. отаре 9а. В качестве нагрузки кзждой из половин дифференциального усилителя используется схема преобразователя ток — напряжение с низким входным сопротивлением, состоящая, с одной стороны, из ~м, йм (750 Ом) и йм (1 кОм) и из Ям, йм и Яы — с другой. Выходное напряжение второго каскада используется для упрзвления выходными схемами ТТЛ, которые работают в противофазе. ТТЛ-схемы имеют активную двухтактную конфигурацию для обеспечения быстрого заряда и разряда емкости нагрузки, причем транзисторы Щ„Ятя и Ям, Я,4 используются для выдачи тока в нагРУзкУ, а ф„ (;1„ и (,1„, ()е„ вЂ” длЯ потРеблениЯ тока из нагрузки.
Отметим, что большинство транзисторов схемы — транзисторы Шотки. Исключение составляют транзисторы, которые никогда не могУт попасть в область насыщениЯ, такие, как Я, и (~м <~м и Ям, Ц,„. Кроме того, нет никакой необходимости применять транзисторы Шотки в схемах смещения. С целью получения совместимых с ТТЛ выходных уровней ТРЛ-каскады могут питаться отдельно от остальной схемы поняпгюкеяием +б,0 В: лля этого предусмотрен специаль- Компараворы напряжения иыи вывод У1. Для обеспечения высокого быстродействия и боль. „,ого диапазона синфазного входного напряжения для питания тельной части схемы можно использовать гораздо большее напряжение; обычно У1 = +10 В и У1 = — 1О В.
7,б. Коэффициент усиления КМОП-инвертора КМОП-инвертор, показанный на рис, 7.25, может быть применен в качестве основного элемента при построении компаратора напряжения, В КМОП-инверторе, работающем в области переклю- ч' е У1 У Рис. 7.25. КМОП-нивертор. чения с высоким коэффициентом усиления, оба полевых транзистора будут открыты и работают либо в режиме насыщения, либо в активном режиме, Каждый полевой транзистор можно рассматривать в качестве нагрузки другого. Для обоих полевых транзисторов имеем )пв = К (1'вв — Ус) в (7,14) где параметры К и У, зависят от свойств каждого транзистора. Динамическая передаточная проводимость определяется выраже. иием д,„= Ивой(Уов = 2К (Уев — У~) 2!ввl(Уоя — У~).
Активной нагрузкой каждого полевого транзистора является динамическое сопротивление сток — исток г„, другого полевого трвизис1орз. 31о сопротивление примерно равно ге, = Ул(7пв, гае Ув — ком(ярициент модуляции длины канала, который обычно лежит н янвпвзоне от 30 до 300 В. Анализируя взаимодействие полевых грннюисторов в простейшем случае, при К = — Кр, ы = — Уин и Уян = — У„р для коэффициента усиления по иапрнпепию этой КМОП-схемы можно записать к,„ое,„'2) = ' — ' == 2У ((У вЂ” У ).
(7.15) и и" Ров — Р~ !пв Глава 7 В этих условиях рабочая точка покоя, которая находится в сере. дине диапазона переключения, примерно равна среднеарифмети. ческому двух напряжений питания У' и У, так что Уаз оо = — Уаз оо = (У' — У )/2, Следовательно, выражение для коэф. фициента усиления можно приближенно переписать в виде Аг = 2 ! Ул (/!(У' — У )/2 — /Уг)!. (7.!6) Например, если (Уг! = 2,0 В, !У„! 60 В для обоих трап аисторов, а полное напряжение питания (У' — У ) равно 1О В, то результирующий коэффициент усиления по напряжению А„ = 2 30 В/(5 — 2) В = 40. Отметим, что данный результат от. носится к ненагруженной схеме, если же подключить нагрузку, то коэффициент усиления может стать значительно меньше.
Если напряжение питания уменьшить до 5 В, то коэффициент усиления по напряжению в области переключения достигнет максимального значения 240. 7.7. КМОП-компаратор напряжения На рис. 7.26, а показана схема КМОП-компаратора напряжения, а его передаточная характеристика представлена на рис. 7.26, б. Транзисторы Я, — С/в выполняют функцию аналоговых ключей, а КМОП-инвертор может содержать один или не. сколько КМОП-каскадов. Когда ~р, имеет высокий уровень, транзисторы с/« и 9, откры. ваются, а для КМОП-инвертора можно записать У, = У„= Уч. Напряжение на С, равно Улвг — Уя.
Затем ~р, принимает низкое значение, при этом ключи Я, и Яв закрываются. Когда чв достигает высокого уровня, открывается транзистор «/в. Однако напряжение на С, измениться не может, поскольку при закрытом ток через конденсатор не течет. Поскольку напряжение на левой обкладке конденсатора изменяется от Улав до,Ул, напряжение на входе КМОП-инвертора соответственно изменится га ЬУ« = ӄ— Улав от Уя до Уо+ ЬУь Это приведет к тому, что выходное напряжение Ур переключится либо в низкое состояние (рис. 7.26, б), если Ув «> Уив„(т.
е. цУ, ~ О), либо в высокое состояние, если Ув ( У„а„(т. е, ЛУ, ( О). Вся схема компаратора напряжения может быть выполнена только на МОП-транзисторах, поэтому такой компаратор будет занимать очень небольшую площадь на кристалле, что особенно важно при реализации параллельных аналого-цифровых преобразователей, для построения которых требуется разместить на одном кристалле очень большое число компараторов (~(00).
Еще одним преимуществом КМОП-инверторов является их очень низкая потребляемая мощность, Комиараторм напрятеения 7 7.1, Счетверенным КМОП-компаратор напряжения. Микро „ема МС)4574 (фирма Мо(ого(а) — пример счетверенного КМОП- „мпаратора напряжения. Его упрощенная функциональная схема ,рнведена иа рнс. 7.27. Транзисторы (е, и 1еа образу1от р-МОП- чо та ч, о уо ач, и+дч, ч, ряс. 7.26, Кр10П.компаратор иапряжеиия; а — схема, 6 — передатоеяая ха рактеристнка.
дифференциальный усилитель, активной нагрузкой которого ~вляется схема токового зеркала на транзисторах 1~а и (~е. Смещение дифференциального усилителя осуществляется также схемой токового зеркала на транзисторах я, и я„при этом начальный ток покоя определяется выражениеч 1о ж11ет ж($ — р — )В)1йает где Йаьт — сопротивление навесного резистора. Второй каскад — усилитель с общич истоком на транзисторе (ст с активной нагрузкой в виде источника тока (транзистор (1е), й!4 Гаева 7 В третьем каскаде применена пара КМОП-транзисторов Яа и 4), которые управляют КМОП-транзисторами выходного каскад 9м и Яаа. Прн токе смещения 1п = )а = 50 мкА компаратор обе.
спечивает коэффициент усиления без обратной связи Ао (О) = 9 6 дБ, а время задержки распространения сигнала примерно 1 мкс. Вх йх и. Рве. 7,27. Упрощеннпа еаема Ка!О!1-кпмпарааора напряжения МС!4574. !С яаа- решения гно!ого!а Бевинам!исае !по.) Второй пример КМОП-компаратора напряжения — Т).С374 (фирма Тсхпа !па!гптеп!э), который выполнен в 14-выводном кор пусе типа ИР. Во входном каскаде используется истоковый повторитель на р. канальных МОП-транзисторах и схема с общим затвором на и-канальиых МОП-транзисторах, в цепи нагрузки стоит схема токового зеркала на р-канальных МОП-транзисторах.
Второй каскад — усилитель на основе истокового повторителя с источ. ником тока в цепи нагрузки. Затем следуют трн последовательно соединенных каскада КМОП-инверторов, Выходной каскад представляет собой и-канальный МОП-усилитель с общим истоком и открытым стоком, так что необходим внешний нагрузочный Ре. знстор, так же как и в ИС ).М!39. ОУ на МОП-транзисторах и компараторы напряжения часто имеют большой температурный коэффициент и временной дрейф напряжения смещения, связанные с изменением напряжения отсечки полевого аранзистор 7(омпараторы напряженая 5)5 ледствие миграции ионов натрия в подзатворном окисле. В этой 1(С для повышения стабильности напряжения отсечки МОП- транзисторов в процессе производства проводят дополнительное легирование фосфором поликристаллического кремния с целью мецьшения подвижности ионов натрия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
