[参考译文] LM2901B：低电流上拉可实现负输出尖峰

LM2901B 没有内部补偿电容器。

该器件具有开漏输出、无法生成低于 GND 的电压。

去耦电容器(C58)没有连接到 U8电源轨的良好(短、低阻抗)布线。 它应该已按优先级进行路由。

请显示示波器迹线、其中包含引脚7、8和14处的电压。

您好、Rusty、

此外、检查引脚12 GND 和引脚1 VCC 对于该噪声信号的波形。

尊敬的 Rusty：

1)否

2)错误的内部示意图-参见 Clemens 示意图。

3)没有-解决问题...

此外、布局显示引脚11和12与焊盘一起连接在一起...这是正确的原理图/布局吗？

LED 偏置电阻器是否精度如此高(680//2k)？ 似乎有点极端。。。

输出只能拉至 GND、因此比较器输出无法拉至 GND 引脚以下。

输出拉至接地电平以下的唯一方式是、需要将某些引脚拉至接地电平以下、以打开内部寄生器件。 当涉及寄生效应时、通道间的边界划定和一个通道被滥用可能会通过基板影响另一个通道。

负尖峰是否对应于系统中的任何其他开关？

此外、请尝试将 C58 (电源旁路)的值增大到可能的100uF。 比较器、基准和 LED 均由同一"软"电源断电、LED 开启时会导致电源电压骤降、从而产生反馈。

感谢大家的快速回答。

我相信这是 LM2901B 的固有行为、不是原理图或布局问题。  LM2901B 输出级的简单 pspice 仿真会在具有高上拉电阻的输出上显示负干扰。

请参阅随附的 PDF 以获取对您评论的响应、对我认为负干扰是如何产生的解释、以及一个显示负干扰的简单 SPICE 仿真。

我 还使用最优布局通过 LM2901B 铣削测试板。  明天应该具有该值、并发布波形。

e2e.ti.com/.../LM2901-comparator-glitch-02.pdf

比较器的输出是数字输出、因此在切换时可能会出现电流尖峰。

请显示示波器引脚7、8和14的布线。 重复的负尖峰似乎表明迟滞无法正常工作。

该比较器是模拟比较器。  输出级引导电流源进出最终双极输出晶体管。  这里不会发生击穿、交叉、电流尖峰和数字电路中的其他类似情况。

负脉冲是由于 LM2901B 输出级与未表现出此行为的传统版本相比发生了变化。  当 LM2901B 输出负载电流(上拉电流)降至大约1.2 mA 以下时、会出现负尖峰。

这些负脉冲：
1) 更改跳变点电压并在使用迟滞时延迟跳变点、因为最初提供负反馈、直到输出变为正并提供所需的正反馈。

2) 超出数据表的 Vin AB 最大额定值 。  负脉冲超过-500mV、并持续数百纳秒。

3) 当输出引脚保持悬空且特定输出从低电平切换为高电平时、也会发生。

我构建了一个简化的测试板。  原理图、布局、照片和示波器迹线(包括 VCC、Vout、+in 和-in)附在下面的 PDF 中。  如果您想要更多数据、请告诉我。

e2e.ti.com/.../LM2901-comparator-glitch-03.pdf

感谢您创建测试板。

我注意到引脚8、9和11没有良好的接地电流路径、也就是说、输入偏置电流必须流过高值电阻器并会产生可测量的压降；当输出切换时、引脚8和9的路径会发生变化。 但这应该会产生额外的正面反馈、因此可能与您的问题无关。

在任何情况下、LM2901B 始终无法处理所使用的小电流、因此这样的情况从未经过测试是合理的。

对于此应用、我会使用 CMOS 比较器(例如 TLV1824或更好的具有推挽输出的 TLV1814)。

生锈、

我可以在本周晚些时候在实验室中了解这一点。 这是一个振荡环路、会产生瞬态。  

再次感谢您的回答。

克莱门斯： LM2901B 具有缓冲输入(原理图中的 Q1和 Q4)、可提供恒定输入电流。 即使输入电阻值非常低、甚至根本没有电阻器(即方波脉冲输入)、也会存在问题。

当输出灌电流大约小于1.2 mA 并且与所有其他电路或布局因素无关时、就会发生该问题。 数据表图7-19至7-22显示了灌电流低至10uA 的曲线。 所以、它确实在1.2 mA 以下进行了直流测试。

TLV1824和 TLV1814的成本是原来的10倍。 传统 LM2901/A 不存在此问题、但也不采用小型 WQFN 封装。

Ron：  这是 不会 振荡环路。 当输出灌电流小于大约1.2 mA 时、只要输出从低电平转换为高电平、输出上就会出现负瞬态。 您可以使用脉冲发生器的方波驱动输入、同时仍会出现负瞬态(但每个周期仅发生一次)。 我最新的 pdf 中的振荡是由于负脉冲最初产生的是负反馈、而不是正反馈。  在特定电路中、负脉冲会产生振荡、而不是相反。  请参阅上面的第二个 pdf (LM2901比较器干扰02.pdf)。 这解释了比较器输出级生成负电压的可能物理原理、并包括了输出级的粗略 SPICE 仿真、其中展示了生成的负瞬态。

它必须是一个循环。 它会振荡并产生超出电源轨的电压。 我没有说这个环路位于哪里。 它可以完全包含在 LM2901B 中、我还没有搜索它。 我会看的,我会发现。  

在 pdf 中、我将介绍负电压超出电源轨不需要振荡的机制、无论是内部还是其他方面。



短版： 当输出为低电平时、Q8集电极接近 GND、Q8基极高于 VBE。  为了使输出变为高电平、导通 Q13以驱动靠近 GND 的 Q8基极。  但是、Q8集电极-基极电容需要时间才能放电。  因此、当 Q8基极从+GND 变为 VBE GND 时、Q8集电极从 GND 变为-GND VBE、输出为负值、直到该电容放电。  这可以轻松模拟、如我的 pdf 中所示。

只有当集电极上拉电流超过 Q8基极电流(Q13集电极- Q14集电极)时、输出才会在低电平到高电平转换期间保持正。

新器件的输出级发生了一些变化。  Q13/Q8几何、Q13速度/电流或某种饱和控制方法(Baker 卡箍)。  旧版 LM2901和 LM2901A 不会出现此行为。

生锈、

我今天在实验室中对其进行了测试。 明天我将分享结果。

生锈、

这些尖峰是 VOH 驱动器故障。 我强调了第一次尝试 VOH (Q8B 变为低电平)失败。

VOH 成功地变为高电平、然后迟滞将保持在高电平、从而防止输出抖动。  

下面是 Q8集电极基极电容以红色突出显示的器件原理图。 Q8是 LM2901中最大的晶体管

1) LM2901根本没有输出拉电流功能。 应用程序必须接管 VOH 驱动器角色 不管它需要什么。

2) LM2901是一款仅正向线性放大器、无频率补偿。 因此、慢速输入电压会导致输出抖动。

3)虽然没有有意循环、但共享的"内部偏置总线"确实允许少量(大于零)的环路反馈。   

4)外部迟滞在首次尝试时需要大输出摆幅、以避免输出抖动。   

5) Q8B 驱动器快速变为低电平(B 器件速度更快并且具有高直流增益)将容性地将高达1 VBE 的负电压传递到高阻态输出。  

失败的 VOH 尝试会根据输入电压差定期发生。 这种影响似乎大于随机噪声产生的输出抖动。  因此意外反馈占主导地位。 第3点   

Unknown 说：

新设备的输出阶段发生了一些变化。

是、添加了 Q13和 Q14以获得更多增益。 大多数晶体管体积更小,寄生电容更小,速度更快。   

Unknown 说：

旧版 LM2901和 LM2901A 不会出现此行为。

该陈述不正确。 旧版 LM2901的这种行为的程度较小。  我将在下一篇文章中展示这一点。

生锈、

我今天没时间了。 明天进行实验室数据和测试设置。  

谢谢 Ron。

外部迟滞可能是导致 VOH 尝试以固定的时间间隔失败的主要原因。  当第一次 VOH 尝试变为负值时、外部迟滞电阻器会将+IN 拉 低、从而使开关恢复到 VOL。  随着+IN 缓慢上升、该周期会重复、直到外部迟滞电阻器引起的+IN 骤降不会导致切换回 VOL。

外部迟滞电阻器的目的是为慢速输入信号提供干净的开关。  然而、这个负输出脉冲会导致相反的情况-外部迟滞电阻器会增加抖动。  增加外部迟滞实际上会增加抖动、因为它会反馈+IN 上更大的负骤降。

我发现的唯一解决方案是 将输出灌电流增加到高于大致1.2 mA 的水平、这可以防止负 VOH 摆幅。  从+IN 到-IN 的小电容器也很有用、因为它会在大得多的 VOH 摆幅提供预期迟滞之前滤除短暂的负脉冲。  但通常不建议使用此处的电容器、因为它会减慢迟滞速度。  诀窍是过滤小负脉冲、但不过滤较大的 VOH 摆幅。   从 Q8基极到集电极的二极管(Baker 钳位)可防止 Q8中储存的电荷导致负尖峰、但显然无法从外部接触到。

生锈、

这是开环实验设置。 VCC = 10V、VPU = 0.1V、IN+扫描在大约5秒内为1mV 宽。 非常慢的扫描速度和非常弱的上拉电流。

此处示波器1M 很重要、因此我将其包含在原理图中。  当输入扫描为蓝色时接通电源(VCC)。   

这是传统的2901波形。  我突出显示了负电压输出抖动。 之后出现了常见的输出抖动(存在于推挽比较器中)。  

下面是 LM2901B 波形。 抖动的宽度(时间和输入电压)较小(良好)。

负抖动的幅度要大得多(不好)。