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윈도우형 비교기를 아시나요?

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윈도우형 비교기와 일반 비교기와의 비교

대부분의 개발자들은 비교기 기능에 대해 보다 친숙할 것이다. 단어 자체에 포함된 “비교”라는 단어에서 이미 그 용도에 대해 짐작할 수 있다. 그러나 특수한 타입의 비교기인 일명 윈도우형 비교기(windowed comparator)에 대해서는 잘 알려져 있지 않는 것 같다. 이 글에서는 윈도우형 비교기에 대해 살펴보고, 일반 비교기와는 어떤 차이를 갖는지 알아보고자 한다.

먼저 일반 비교기부터 살펴보자. 연산 증폭기와 마찬가지로 일반 비교기는 2개의 입력(반전/비반전)과 하나의 출력을 갖는다.

그림 1: 일반 비교기

연산 증폭기는 네거티브 피드백과 함께 사용하도록 설계되어 있는 반면, 비교기는 특별히 오픈 루프로 동작하도록 설계되어서 속도 및 최대 슬루 레이트에 최적화되어 있다. 연산 증폭기를 비교기로 사용할 수도 있으나 이 경우 출력 속도에 비해 전류 소비가 크기 때문에 일반 비교기의 필요성이 부각된다.

그림 2: 연산 증폭기

이름에서 알 수 있듯이 비교기(comparator)는 2개의 입력 핀에 인가된 전압을 비교(compare)하는 데 사용된다. 그림 3에서와 같이 비반전 입력 전압이 반전 입력 전압보다 높은 경우, 출력은 High가 된다. 그림 4에서처럼 비반전 입력 전압이 반전 입력 전압보다 낮으면 출력은 Low가 된다(액티브-하이 출력 디바이스로 가정할 경우).

그림 3: 비반전 입력 전압이 반전 입력 전압보다 높은 경우

그림 4: 비반전 입력 전압이 반전 입력 전압보다 낮은 경우

비교기는 종종 전압 레퍼런스(VREF)와의 비교 용도로 사용되므로, 비교기에 VREF가 내장되어 있는 것이 일반적이다. VREF가 내장된 일반 비교기에는 비교기의 반전 입력 핀에 내부적으로 연결되어 있는 경우(committed)와 레퍼런스 전압을 하드웨어 핀에서 사용 가능한 경우(uncommitted)가 있다. 후자의 경우 VREF의 유연성이 보다 우수한데, 이를 통해 시스템 개발자가 레퍼런스 전압을 조정하거나 시스템 내의 다른 부분에 사용할 수 있기 때문이다.

그림 5: VREF가 내부적으로 연결된 비교기(committed)

그림 6: 레퍼런스 전압을 하드웨어 핀에서 사용 가능한 비교기(uncommitted)

일반 비교기의 경우 입력 전압을 레퍼런스와 비교하는 용도에 적합한 반면, 윈도우형 비교기는 입력 전압이 일정한 범위 내에 존재하는지 판단하기 위해 사용된다. 그림 7은 윈도우형 비교기의 간단한 블록 다이어그램을 보여준다.

그림 7: 윈도우형 비교기

윈도우형 비교기는 일반적으로 모놀리식(monolithic) 집적 회로이지만, 하나의 레퍼런스 전압을 공유하는 2개의 비교기처럼 기능한다. 윈도우형 비교기에 대한 2개의 입력은 상/하 전압 임계값으로서, 아래 그림과 같이 외부 저항을 통해 설정된다. 액티브-하이 출력 비교기에서 출력은 VIN이 임계값 상/하 범위 사이에 있을 경우 High로, VIN이 해당 범위를 벗어날 경우 Low가 된다. 윈도우형 비교기는 일반적으로 배터리 모니터링과 충전, 레벨 센서, 자동화 테스트 장비 및 산업용 알람 등에서 사용된다.

그림 8: 외부 저항을 사용한 전압 임계값 설정

설계 상에서 전압 또는 전류가 정해진 범위 내에 존재하는지 모니터링하여야 하는 경우, 특별히 이 용도를 위해 개발된 윈도우형 비교기인 MIC841을 사용할 것을 권장한다.

leekh@seminet.co.kr
(끝)
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