基于TLV3501的交流耦合单电源比较器的工作原理及电路设计

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有时，需要一个单电源比较器使用交流耦合来检测正弦波或方波。由于两个模块间的接地电势差，常常需要此单电源比较器。只要交流耦合涉及到单电源电路中，就需要考虑负电压。比较器上过多的负电压会导致比较器错误触发，或者卡在不可预计的电平上。为了实现可靠工作点，需要合适的高导通滤波和直流偏移。这个设计将显示如何将宽范围输入信号电平和频率交流耦合进入一个高速比较器来生成一个稳健耐用且的时钟信号。

设计汇总
此设计需求如下：
无输入信号-》比较器输出= 0V
启动时间小于1ms
电源电压：3.3V，+5%（3.135V至3.465V）
输入信号源提供：
Vcc = 3.3V，+5%（3.135V至3.465V）
Vcc = 5V，+5%，（4.75V至5.25V）
输入信号电平：
VIL = GND+400mV @ Isink = 2mA
VIH = Vcc-400mV @ Isource = 2mA
共模范围：+100mV
传输延迟：5ns
占空比从输入到输出的变化10%

频率要求–请见表1

“交流耦合单电源比较器”电路设计提供了一种可忽略模块间接地差的方法，并且提供宽范围的频率和振幅进入一个高速比较器，从而获得一个稳健耐用且精准的时钟信号。请参考图2。C1 和C2 提供输入信号Vin 的交流耦合。R2 和R4 提供一个针对CMP-中电源的直流偏移。R1 和R5 提供CMP+一个大约电源电压的一半小100mV的直流偏移。对于没有输入信号的情况，CMP-和CMP+ 之间的直流偏移差可确保Vout 为比较器输出低电平（接近零伏）。每个输入上的直流偏移用来抵消出现在这些输入上的负电压，这些负电压的产生原因是Vin 的交流耦合。R3 将交流耦合输入信号分压，其幅度少于所使用的比较器的共模电压的幅度。这些输入分压电阻与比较器输入电容组合在一起形成了一个输入低通滤波器，会衰减进入比较器的交流耦合信号。由于这个原因，实际应用中，需要将电阻的值保持在尽可能低的水平。输入信号调节的高导通截止频率可被视为一个C = C1||C2 并且R = 1.964k 的简单C-R 高通（通过量程电阻器，R1，R2，R3，R4，R5 连接至CMP+ 和CMP - 的C1 和C2 的末端上可见的等效输入电阻）。