本文詳細介紹比較器的應用場合、原理及類型。從2005年到2006年，比較器的市場增長已超過了20%，但比較器在放大器整體市場中所占的份額僅為10%。

　　查閱維基百科便會發現大家熟知的雙路/四路比較器LM393/LM339排名很靠前。事實上，這兩個比較器也是現今業內使用最為普遍的器件系列之一。原因為何？如果單從經濟角度考慮，運算放大器也可用作比較器，但這樣的做法是否可行？比較器的關鍵特性是什么？這些特性對于什么樣的應用最重要？

　　本文將解答上述疑問，并結合應用實例，說明如何利用比較器實現高性能電路的設計。

　　什么是比較器？它和放大器有什么不同？

　　我們從工程學教程里了解到，運算放大器需要三個內部級才能發揮出最佳性能，比如實現高輸入阻抗、低輸出阻抗和高增益等。三個內部級分別是差分輸入級、增益級（有或沒有內部頻率補償）和輸出級。這種基本的體系結構已經沿用了好幾十年。早期，運算放大器曾作為數學運算的基本器件，主要以電壓和電壓信號來作標識。在反饋應用中，通過配置放大器周邊的無源或有源器件，可以令系統執行加、減、乘、除和對數等運算。

　　比較器其實可看成一個能夠作邏輯 “決策”的邏輯輸出電路。換句話說，它可把輸入信號與已定義的參考電平進行比較。比較器的邏輯輸出功能可以幫助用戶設計具有多樣化的額外功能的模擬電路。而且，無論是高速ADC、SAR型ADC還是Sigma-Delta ADC，比較器都是組建集成ADC的內部基本而又關鍵的模塊。

　　在LM339的數據表中，列出了大量的應用。這基本上可以解釋其在過去30年中為何被業界廣泛地采用。以下列出LM339的一些常見應用：

　　·邏輯電平平移；

　　·過零檢測/觸發電路；

　　·電壓信號/電源電壓監察；

　　·Window比較器、施密特觸發器；

　　·振蕩器；

　　·時鐘緩沖器；

　　·互導放大器。

　　比較器的基本體系結構和大部份的參數屬性都與運算放大器類似。因此，運算放大器也可充當比較器。但放大器并不是專門針對比較功能而開發的，而且放大器的數據表一般都不保證這項功能可否正常實現。運算放大器與比較器的最大分別在于比較器是開環設計，沒有反饋環節，而且輸出會在任何一條電源軌的范圍內顯示差分輸入信號的極性。

　　此外，比較器一般都會被設計成 “過壓驅動”（overdriven），意思是它可經常處理較大的差分輸入電壓。相反，對于運算放大器而言，它通常被設計成在較小的信號和差分電壓下運行，而這里的反饋概念通常都含有 “過驅” 意義，這樣會導致開環配置中的輸入出現飽和效應。如果將輸入的極性倒轉，則過驅時產生的輸入級的飽和會導致信號的傳播具有一定的延遲或相位滯后。

　　再者，對于較大的差分輸入電壓來說，運算放大器的輸出很容易到達極限輸出，從而啟動保護功能。保護功能的啟動將會導致輸入阻抗的量級明顯下降，迫使過量的電流涌到輸入級，造成過載，甚至過熱。如果在設計上沒有保護的措施，那便可能導致整個器件損毀。因此，在器件的數據表，通常都會提供器件的最大輸入電流的額定值，以幫助設計人員決定用多少附加輸入電阻。

　　比較器和運算放大器之間最基本的區別就是他們具有不同的輸出級結構。開漏或開集（以MOSFET為例）輸出都有一個可用作輸出但卻不內部連接到V+的節點，而一個連接正電源電壓的外部電阻器會在晶體管被關閉時將輸出拉成 “高”。這個外部電壓可以高于VCC，并且允許電平移位或可通過平行數個器件的兩個或更多個輸出來達到所謂的 “Wired-Or”2 功能 。假如內部的晶體管啟動，一個細小的電流會從外部電源經過上拉電阻器流進器件輸出，并令輸出電壓級轉換成 “低” 和接近VCE （雙極晶體管中的集極-發射極電壓）。

　　比較器通常都不進行頻率補償功能，因此其工作速度相當高，同時開關時間也在某程度上取決于 “過驅”的程度。圖1表示出當衡量一個輸出狀態變化時的差分輸入電壓。從圖中可看出過驅需要高于失調電壓才可以保證比較器有效地進行工作。一般來說，較大的過驅可加快開關時間。

　　比較器一般都以參數值和/或功能來分類，例如：

　　圖1 輸入過驅和相關的傳播延遲消散

　　·通用比較器；

　　·高速比較器（傳播延遲少于50毫微秒）；

　　·低壓比較器（電源電壓VCC低于5V）；

　　·微功率比較器（靜態電流低于20微安）；

　　·集成參考的比較器。

　　比較器的特性取決于其類別，分別為：

　　·傳播延遲—由施加一個差分信號與切換狀態的輸出級之間的時間延遲 （例如是50%）。

　　·內部或外部滯后— 滯后是一種介乎低到高開關電壓和高到低開關電壓之間的設計預算中或需激活的差別。有些比較器具備可調節滯后水平的功能，方法是通過在指定的引腳上施加電壓。

　　·上升及下降時間—一般是輸出電壓的10%至90%的時間，并且上升和下降緣的時間可以有差別，假如這情況出現，那將會導致輸出的周期時間會相對于輸入信號而改變。

　　·觸發率—指在某一個頻率下，比較器的輸出可以跟隨輸入的狀態來變化。

　　·消散—量度傳播延遲變化的參數。

　　·抖動—可以是隨機或事前決定，負責量度信號緣在時間上的不定性。