原创 比较器检测模拟脉冲说明(三)

2024-11-2 12:18 471 4 4 分类: 测试测量 文集: SiPM(MPPC)测试


概述


继续说明(二)探讨的比较器使用问题,然后延展到高速比较器选型问题。第四次迭代已经修正了比较器与后级或门器件的互联端接问题,然而比较器输出仍然在较低参考阈值电压设置时出现了问题。本文主要探索该问题出现的原因,及找寻解决此问题的方法。


高速比较器与后级互联端接修正后的信号测量结果


前文说明(二)中提到了在较低参考阈值电压设置的时候,比较器输出出现了异常。经过研读MAX9601EUP技术手册,发现之前所谓的“台阶”问题,在手册中也有提到。即所有高速比较器有一个“通病”,当输入脉冲经过参考阈值区域时,这类器件的高增益带宽积(GBW)容易产生震荡问题。这通常是由于寄生路径导致的正反馈,从而产生的该问题。所以,为了使得MAX9601EUP输出无震荡或无台阶(器件手册称为“Step”)的干净信号,就要求输入脉冲信号的转换速率(Slew Rate)不低于5V/µs。当然,为了适应较低转换速率的输入脉冲信号,MAX9601EUP可以提供迟滞功能模块(Hysteresis)。如图1所示,在使能了比较器的迟滞功能后,比较器的输出以及后续电路节点可以测量得到干净的脉冲信号,可以看到脉冲下降沿的确“无震荡”、“无台阶”了。


图1:使能迟滞功能后,比较器输出及后续电路节点信号质量


打开迟滞功能后,虽然解决了比较器输出脉冲质量问题,但是对于系统测试来说并不够。因为,打开迟滞后,参考阈值电压最低只能设置到7mV,如图2所示,参考阈值设置到6mV时,比较器输出失去了脉冲信号。


图2:打开迟滞功能模块,参考阈值电压设置到6mV时比较器输出失去了脉冲信号


迟滞(Hysteresis)功能介绍


所谓Hysteresis其实通俗点讲,就是允许比较器有个判决的冗余空间。如果输入模拟信号是矩形方波的话,是不需要这个功能的,如图1和图2中的黄色脉冲信号,是一个典型的指数脉冲。其上升沿爬升迅速,而下降沿下降缓慢,所以上升沿判决“果断”,而下降沿判决的时候就需要冗余“迟滞”来增强判决的正确性,从而得到正确的结果。也即是说,此脉冲上升沿的slew rate足够快,而下降沿的slew rate则不够迅速,需要“开通”Hysteresis功能,才能形成正确的下降沿。


所谓的迟滞就是指输入滞回,举个例子,假如在2.5V下检测到从低到高的转变,100mV的滞后意味着在2.55V时检测到低到高的转变,在2.45V时检测出高到低的转变,相差100mV。也即最终判决就滞后100mV(这里需要注意的是,这里的上下各50mV,不同厂家对此定义有差别,有些定义Hysteresis为整个范围,有些定义是半个范围,需要具体对待)。


图3:噪声对比较器输出的影响


图3显示的是输入脉冲信号上的噪声对于比较器输出的影响,图1和图2实测的输入信号,这类噪声主要出现在脉冲的下降沿。

诚如上述例子,当噪声出现,也即信号有可能在2.5V附近多次穿过参考阈值电压,所以看到图3中输出信号出现了“震荡”。打开滞回(Hysteresis)功能,就可以防止出现多次判决上下穿越参考阈值电压的情况。


那么滞回(Hysteresis)到底是个什么工作原理,为了说明,图4给出了滞回(Hysteresis)示意图。100mV滞后意味着低于100mV的噪声水平不会影响阈值通过。应用哪个阈值取决于你是从低到高(应用的是较高的阈值,类似使用“上限”)还是从高到低(应用的是较低的阈值,类似使用“下限”)。其实还是如前述,在设置的参考阈值电压上下应用迟滞,这个迟滞范围就是100mV。对于MAX9601EUP来说是可以通过外围电路进行设置选择迟滞电平的大小。


图4:滞回工作原理演示示意图



图:未开通迟滞功能时,比较器的输出


参考


[1] Development of Multi-Channel Fast SiPM Readout Electronics for Clinical TOF PET Detector

[2] MAXIM, Dual ECL and Dual/Quad PECL, 500ps, Ultra-High-Speed Comparators

作者: coyoo, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-1010859.html

版权声明:本文为博主原创,未经本人允许,禁止转载!

文章评论0条评论)

登录后参与讨论
我要评论
0
4
关闭 站长推荐上一条 /2 下一条