最後更新:2026年10月8日設計・架構設計・架構中國大陸:比较器

比較器(Comparator)是什麼

Comparator

比較器(comparator)是比較2個輸入電壓的大小,並以高或低的數位訊號輸出結果的電路。在不施加回授的情況下使用,判定速度(傳播延遲)與偏移是性能關鍵,並具備遲滯以對抗雜訊。用於AD轉換器(快閃型・逐次逼近型)、低電壓偵測、過電流保護、PWM控制等。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

比較器(Comparator)是比較2個輸入電壓的大小,並將結果以高(1)或低(0)的數位訊號輸出的電路。它是將類比世界的電壓轉換為數位電路可處理之2值的最基本分界電路,扮演連接類比電路與數位電路的角色。

比較器將輸入差值大幅放大,讓輸出擺到電源電壓或接地來進行判定。結構與運算放大器相似,但以不施加回授為前提,設計上重視判定速度(傳播延遲時間)以及輸出易於配合後級邏輯。輸入電壓在參考電壓附近因雜訊而擺動時,輸出會在高與低之間細碎切換(彈跳,chattering),因此常使用具備遲滯(hysteresis)、使上升與下降時判定電壓錯開的電路(史密特觸發器)。性能指標有傳播延遲、輸入偏移電壓、遲滯寬度、消耗電流等。

代表性的用途是AD轉換器:快閃型AD轉換器在n位元的轉換中並排2的n次方−1個比較器一次判定,逐次逼近型(SAR)AD轉換器則以1個比較器從高位元依序判定。在高速・高精度的AD轉換器中,使用配合時脈在短時間內確定判定的閂鎖型比較器。此外,也廣泛用於偵測電源電壓下降並停止電路的低電壓偵測(UVLO)、偵測電流異常的過電流保護、交流的零交越偵測、PWM控制訊號產生等電源與功率半導體的控制。在數位電路中,判定2個數值大小或是否一致的電路也稱為比較器(數位比較器)。

比較器(Comparator)的常見問題

比較器的遲滯是什麼?
這是讓輸出由低變高的判定電壓,與由高變低的判定電壓稍微錯開的機制。即使輸入在判定電壓附近因雜訊而擺動,也能防止輸出細碎切換(彈跳)。具備此功能的電路稱為史密特觸發器。
AD轉換器中如何使用比較器?
快閃型在n位元的轉換中並排2的n次方−1個比較器,將輸入與多個參考電壓一次比較,進行高速轉換。逐次逼近型則使用1個比較器,以類似二分搜尋的方式改變參考電壓,從高位元依序判定。

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