Die Eingangssignale zu allen Komparatoren werden vom Ausgang des Single-ended-to-Differential-Verstärkers abgeleitet. Das Ausgangssignal wird wie oben beschrieben auf 3,3 V geklemmt und mit einem RC-Netzwerk entkoppelt (wie R49, C54 in Abbildung 19 für Signal A), um ein Übersprechen zu den analogen unsymmetrischen Signalen A bzw. B zu vermeiden.

Zur Anpassung der Phase zwischen dem hochauflösenden Weg und diesem Weg entspricht das RC-Entkopplungsnetzwerk am Eingang zum Komparator dem RC-Filter (2 × 10 Ω und 2,2 nF) am THS4531A-Ausgang.

TLV370x ist als nicht invertierender Komparator konfiguriert, um den Nulldurchgang der analogen Sinus- und Cosinussignale A und B sowie des Indeximpulses R zu erkennen. Abbildung 4-7 zeigt die entsprechenden Schaltpläne für das Signal A.

Der Schaltschwellenwert wird durch die Referenzspannung V_REF = 1,65 V (REF2033) festgelegt, die auch als Vorspannung für die unsymmetrischen Analogsignale für den Differential-to-single-ended-Verstärker verwendet wird. Für jeden Komparator wird der Referenzeingang von REF2033 entnommen und mit einem 10-Ω-Serienwiderstand und einem 100-n-Kondensator entkoppelt.

Zur Verbesserung der Rauschunempfindlichkeit wird eine Hysterese hinzugefügt. Die Hysterese (V_TH+ – V_TH–) eines nicht invertierenden Komparators kann berechnet werden nach Gleichung 7:

Gleichung 7.

wobei V_{Out_High} die Hochpegel- und V_{Out_Low} die Tiefpegel-Komparatorausgangsspannung ist, R_F der Feedback-widerstand und R_G der Eingangswiderstand in den nicht invertierenden Komparatoreingang.

Für die Konfiguration dieses Designs, wie in Abbildung 4-7 beschrieben, wurde die Hysterese auf etwa 160 mV pro Gleichung 8 eingestellt. Da R49 und R48 wesentlich kleiner als R50 sind, können sie vernachlässigt werden.

Gleichung 8.

Die oberen und unteren Schaltschwellenwerte V_TH+ und V_TH– sind gemäß Gleichung 9 und Gleichung 10 mit der Referenzspannung V_REF = 1,65 V definiert.

Gleichung 9.

Gleichung 10.

Abbildung 4-7 Signal-A-Komparator mit Hysterese

Die 3,3-V-Stromversorgung jedes Komparators wird mit einem 1-Ω-Serienwiderstand und einem 100-nF-Kondensator entkoppelt, um das Übersprechen zu anderen Komparatoren über die 3,3-V-Schiene zu minimieren. Der RC-Tiefpass aus R49 und C54 wird hinzugefügt, um den Schaltknoten der Komparatoren vom Analogsignal A/Sin zu entkoppeln, das mit einem externen ADC verbunden wird.

Die Hysterese ermöglicht ein sauberes digitales Signal, sodass eine schnelle Schaltung aufgrund von Rauschen am Nulldurchgangspunkt vermieden wird. Die Hysterese führt jedoch zu einer zusätzlichen Ausbreitungsverzögerung, die von der Analogsignalamplitude V_{IN_PEAK-PEAK} am Komparatoreingang abhängt.

Gleichung 11.

Bei einer minimalen Eingangsspannung von 0,3 V_PP: Der Ausgang des Differential-to-single-ended-Verstärkers (Verstärkungsfaktor = 1,66) hat aufgrund der Tiefpassfilterdämpfung eine Amplitude von 0,5 V_PP bei 0 bis 100 kHz und ca. 0,32 V_PP bei 500 kHz. Die der Hysterese entsprechende Phasenverzögerung der digitalen Signale A, B und R beträgt bei einer Eingangsspannung von 0,32 V_PP am Komparator etwa 30 Grad. Bei 500 kHz würde dies zu einer Gesamtausbreitungsverzögerung des Komparators von etwa 170 ns + 40 ns = 210 ns führen.

Aufgrund der geringen Ausbreitungsverzögerung des TLV3201 von nur 40 ns bleibt die Gesamtverzögerung des Komparatorblocks bis zu 500kHz unter 45 Grad.

Die Komparatoren für die Signale B und R haben die gleichen Einstellungen. Auch die Puffer- und Verstärkungsstufe für den Indexmarker R ist mit den Signalen A und B identisch. Dadurch wird sichergestellt, dass die Phase des Index-Markers R bis zu einer Signalfrequenz von 500 kHz exakt mit den Signalen A und B synchron ist. Das gewährleistet, dass der Null-Index-Marker R wie angegeben etwas vor der steigenden Flanke der Signale A und B auftritt. Der Index-Marker R definiert die absolute Nullposition, daher ist eine exakte Beziehung zu den Signalen A und B erforderlich, um eine Positionsabweichung zu vermeiden.