施密特触发器磁滞可(kě)提供无噪声的开关和输出

2021-01-09

施密特触发器的寿命比一些工程师还活着，并且就像比较器一样，它们一直是跟踪两个電(diàn)压状态之间切换的基本组件。如今，施密特触发器已集成到IC设计中，或者它们可(kě)在中压電(diàn)路中用(yòng)作简单的模拟比较器。随着市场上各种运算放大器的推出，很(hěn)容易為(wèi)各种模拟应用(yòng)创建施密特触发電(diàn)路。

就像比较器一样，施密特触发器可(kě)以设计成具有(yǒu)滞后特性，从而对噪声不敏感。為(wèi)了确保在切换过程中不受噪声干扰，需要仔细设计施密特触发器滞后窗口，以适应输入触发信号上的任何噪声。以下是在施密特触发器電(diàn)路中设计滞后窗口的方法，以及為(wèi)什么您可(kě)能(néng)想在模拟系统中使用(yòng)施密特触发器而不是比较器電(diàn)路。

為(wèi)什么使用(yòng)施密特触发器而不是比较器？

施密特触发器与比较器電(diàn)路密切相关。施密特触发器和比较器基本上是相同的電(diàn)路。当向電(diàn)路中添加一些正反馈时，任何比较器都将成為(wèi)施密特触发器，从而增加磁滞。换句话说，所有(yǒu)的施密特触发器都是比较器，由于增加了迟滞，它们被配置為(wèi)以不同的转换電(diàn)压进行切换。

有(yǒu)时将具有(yǒu)滞后的比较器与施密特触发器區(qū)别开来，因為(wèi)它们是完全不同的電(diàn)路，但是它们本质上是相同类型的電(diàn)路，并提供非常相似的功能(néng)。所有(yǒu)比较器都有(yǒu)一些内置的磁滞，而施密特触发器由于電(diàn)路中的正反馈环路而具有(yǒu)额外的磁滞。下表简要比较了施密特触发器和比较器電(diàn)路的输出和磁滞特性。

施密特触发器 比较器 磁滞窗 取决于积极的反馈 内置（通常〜10 mV） 输出電(diàn)压 铁路价值 铁路价值 门槛電(diàn)压 可(kě)以不对称 围绕Vref对称

滞后窗口大小(xiǎo)是决定施密特触发器電(diàn)路抗噪声能(néng)力的最重要参数；这将在下面更详细地讨论。為(wèi)了了解这些特性是如何产生的，有(yǒu)助于分(fēn)解施密特触发器的常见拓扑，通常使用(yòng)运算放大器来实现。

施密特触发器滞后运算放大器

与不带迟滞的典型基于运算放大器的比较器電(diàn)路相比，施密特触发器将具有(yǒu)一些额外的组件。通过正反馈环路增加一些滞后，可(kě)以提供施密特触发器電(diàn)路可(kě)以实现的抗噪声能(néng)力。下面的電(diàn)路图中显示了增加磁滞和控制阈值電(diàn)压電(diàn)平的示例方法。该图显示了反相施密特触发器電(diàn)路，其中正反馈施加于同相输入。

施密特触发器電(diàn)路具有(yǒu)滞后作用(yòng)。

在该電(diàn)路图中，输出電(diàn)压取决于阈值電(diàn)压值V hi和V lo。只需使用(yòng)反馈回路中三个電(diàn)阻的值即可(kě)计算输出電(diàn)压。这些電(diàn)阻形成一个分(fēn)压器，通过改变同相输入端的参考電(diàn)压来同时设置上限和下限阈值電(diàn)压。上下阈值電(diàn)压的等式如下所示。

反馈环路中的分(fēn)压器设置施密特触发器滞后。

在上述分(fēn)压電(diàn)路中，在同相输入端看到的電(diàn)压是阈值電(diàn)压；这相当于比较器電(diàn)路中的参考電(diàn)压。一旦输出電(diàn)压切换，在同相输入端看到的阈值電(diàn)压也会切换状态。这应该可(kě)以解释為(wèi)什么上限和下限阈值電(diàn)压取决于施密特触发器電(diàn)路的输出。

总而言之，当输入電(diàn)压升至高于V hi时，输出電(diàn)压将从V +切换至V _。类似地，当输入電(diàn)压降至V lo以下时，输出電(diàn)压从V _切换至V +。对于同相施密特触发器，从高到低的切换动作发生在相反的方向。通过在上述電(diàn)路图中选择電(diàn)阻，可(kě)以完全设置磁滞的属性。对于同相施密特触发器電(diàn)路，输入仅连接到运算放大器上的同相输入网络。

输出波形

上述電(diàn)路的输出波形如下所示。在此波形中，我们可(kě)以看到有(yǒu)无磁滞情况之间的比较。如果波形没有(yǒu)迟滞，则输入上的噪声会导致输出在電(diàn)源電(diàn)压值之间反弹。这就是為(wèi)什么我们在比较器電(diàn)路中添加一些磁滞以创建施密特触发器的原因。通过将切换阈值移动到上升沿值以下（下降沿反之亦然），输入上的少量噪声将不会影响输出電(diàn)压。

施密特触发器输出无迟滞（左）和有(yǒu)迟滞（右）。

施密特触发器可(kě)以容忍的输入信号上的噪声電(diàn)平与滞后窗口大致相同。在查看时域中的噪声时，RMS噪声水平通常是比较的合适度量。如果需要对照電(diàn)路中的预期噪声水平检查施密特触发器滞后窗口，则需要正确的電(diàn)路设计和仿真工具集。

模拟施密特触发器滞后

模拟施密特触发器行為(wèi)的主要工具是直流分(fēn)析（用(yòng)于设计反馈回路）和瞬态分(fēn)析（用(yòng)于检查输出波形）。当由运算放大器或晶體(tǐ)管构建这些電(diàn)路时，您需要為(wèi)这些子電(diàn)路使用(yòng)标准模型，以通过直流扫描和时域仿真产生准确的行為(wèi)。