Быстродействующий пиковый детектор на основе компаратора с ЭСЛ выходом

Профессиональные разработчики электроники часто используют схемы пиковых детекторов в таких приложениях, как измерение амплитуды, автоматическая регулировка усиления и восстановление данных. Простой и быстрый пиковый детектор можно создать из последовательного диода и параллельного конденсатора, но он будет очень неточным из-за прямого падения напряжения на диоде. С другой стороны, точные детекторы, основанные на операционных усилителях, довольно медленные. Поэтому они плохо подходят для измерения импульсов длительностью в несколько наносекунд.

Схема на Рисунке 1 обеспечивает как хорошую точность, так и хорошие динамические характеристики. Основным элементом детектора является сверхбыстрый компаратор с ЭСЛ выходом MAX9690. Поскольку выходной эмиттерный повторитель микросхемы не имеет подтяжки к земле, компаратор можно использовать как выпрямитель, заряжающий конденсатор C₁. Схема усиливает и сдвигает уровень напряжения на конденсаторе и возвращает его на инвертирующий вход компаратора. При появлении сигнала на входе пикового детектора конденсатор С₁ заряжается до тех пор, пока напряжение обратной связи на инвертирующий входе компаратора не сравняется с пиковым значением измеряемого сигнала. Таким образом, происходит детектирование пика. Второй усилитель используется в качестве выходного буфера.

Рисунок 1.	В этой схеме для измерения пикового значения входных сигналов используется сверхбыстрый компаратор c ЭСЛ выходом.

В этой схеме измеренное пиковое напряжение должно составлять от 0 до 2.5 В. Точность детектора зависит от длительности импульса и коэффициента заполнения. Например, при измерении прямоугольных импульсов с амплитудой 1 В, длительностью 3 нс и коэффициентом заполнения 5% результаты будут занижены на 5%. Аналогичная ситуация возникает при измерении импульсов длительностью 10 нс с коэффициентом заполнения 0.1%. При увеличении длительности импульсов и/или коэффициентов заполнения точность намного улучшается. Схема способна измерять импульсы длительностью несколько десятков наносекунд и частотой повторения порядка 1 МГц. Для работы с импульсами, имеющими более низкую частоту повторения, нужно увеличить емкости конденсаторов C₁ и C₂. Это увеличение, однако, приведет к увеличению времени установления. Еще одним важным элементом является разрядный резистор R₁. Сопротивление 100 кОм резистора R₁ подходит для работы с импульсами малой скважности, но для быстрого отслеживания входных сигналов с изменяющимися амплитудами могут потребоваться более низкие значения. Можно также сконфигурировать схему пиковым детектором минимального значения. В этом случае следует использовать инвертирующий выход компаратора, а также изменить включение усилителя/схемы сдвига уровня для работы с инверсией сигнала. Работу схемы иллюстрирует Рисунок 2. Схема правильно измеряет пиковое значение входного сигнала, хотя входные импульсы довольно короткие и имеют вершины почти треугольной формы.

Рисунок 2.	Постоянное выходное напряжение схемы на Рисунке 1 равно значению положительного пика входного сигнала.

Материалы по теме

1. Datasheet Maxim MAX9690
2. Datasheet Texas Instruments LM358