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比较器的常见参数和滞回比较器的阈值计算

返回列表 发布时间:2020-05-07 09:54 访问量:503次 来源:润石科技

比较器是一种常用的集成芯片,它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术,也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。为了规避振铃效应,通常都采用滞回比较器的接法。本文介绍下比较器的常见参数和滞回比较器阈值的详细计算,方便工程师朋友设计电路。

 

1、比较器的常见参数

● Propagation delay 传输延时

 传输延时指信号输入到比较器比较大小后输出信号的时间间隔,包括Low to High和High to Low两种情况,参考图1。

● Output stage type (open collector/drain or push-pull) 输出架构

  比较器的输出架构包括开漏极输出、开集极输出和推挽输出,常用的是开漏极输出和推挽输出,所谓开漏极,即不能输出高电平,需要外接上拉电阻,而推挽输出可以输出供电电压,参考图2。

● Input offset voltage, hysteresis 输入失调电压

  输入失调电压参数与运算放大器里的失调电压是相同的概念,表征器件内部的对称性,对于比较器来说,当两个输入端信号压差低于10mV时,比较器的反应时间会变比较长,当压差低于失调电压时,比较器的输出即不能正确反应比较的结果。

● Output current capability 输出电流能力

  即比较器的输出驱动能力,也就是带载能力,开漏极输出的驱动电流是由上拉电阻和所接的电压决定的。

● Input common mode voltage range. 共模输入电压范围

 即比较器两个输入端所能给的电压大小范围。


 图1 Propagation delay 传输延时

        

2 电压比较器的输出架构


2、滞回比较器

简单的比较器当 VIN(+) > VIN(-),输出高电平;VIN(+) < VIN(-),则输出低电平。但当两个输入端信号极为接近时,由于输入电压的毛刺就会导致输出产生连续跳变,这就是所谓的振铃效应。滞回比较器可以很好解决这个问题,具有很强的抗干扰能力。

滞回比较器又称施密特触发比较器、迟滞比较器。其特点是当输入信号逐渐增大或逐渐减小时,有两个跳变阈值电压,且不相等,其传输特性具有“滞回”曲线的形状。   

滞回比较器也有反相输入(下行滞回)和同相输入(上行滞回)两种方式,如图3


图3 滞回比较器电路接法和传输特性曲线


VTH-:滞回比较器输出电压从VOH高电平发生跳变到VOL低电平时的输入电平即阈值电压

VTH+:滞回比较器输出电压从VOL低电平发生跳变到VOH高电平时的输入电平即阈值电压

同相输入(上行滞回)比较器的阈值电压等式是:

VTH+ =RI/RFB  x  ( VREF - VOL) + VREF;

VTH- =RI/RFB  x  ( VREF - VOH) + VREF;

那么

VHYST: 滞回比较器的高阈值电压和低阈值电压之差即为滞回电压

VTRIP:滞回比较器阈值电压的中间值

VHYST = (VTH+) - ( VTH-) = (RI/RFB) x ( VOH - VOL);

VTRIP = [(VTH+) +( VTH-)]/2 = VREF + (RI/RFB)X [ VREF-  (VOH - VOL) /2];

如果 VREF=(VOH - VOL) /2,那么VTRIP=VREF。如图4

 

根据如上等式,计算RI,RFB,VREF的值

RI/RFB=VHYST/( VOH - VOL);

VREF=RI x( VOH + VOL) / 2 x ( RI + RFB) + (RFB x VTRIP) / ( RI + RFB);

 

若想得到一个VHYST =500mV和VTRIP=2.5V 的滞回比较器,那么

RI/RFB=VHYST/( VOH - VOL)= 500mV / 5V = 10/100,即取值RI=10K欧姆,RFB=100K欧姆

VREF=RI x( VOH + VOL) / 2 x( RI + RFB) + (RFB x VTRIP) / ( RI + RFB)=10K x 5 / 2x 110K+ 100K x 2.5/ 110K =2.5V

 

图4 反相输入滞回比较器


图4是使用推挽输出架构RS8907实现VHYST =500mV和VTRIP=2.5V的滞回比较器,阈值电压是

VTH+ =RI/RFB  x  ( VREF- VOL) + VREF=10/100 x (2.5-0) +2.5=2.75V

VTH- =RI/RFB  x  ( VREF- VOH) + VREF=10/100 x (2.5-5) +2.5=2.25V

 

   电压比较器输出架构还有一种常用的开漏输出,比如RS331,输出为开漏结构的滞回比较器需要接上拉电阻,如图5的Rp,那么需要根据上拉电阻值和所接电压电平来计算其阈值电压:


图5 输出为开漏结构的滞回比较器

  

当Vout输出为高电平的时候,Rfb=R4+Rp=110k;

当Vout输出为低电平的时候,Rfb=R4=100k;

因此

VTH+ =RI/RFB  x  ( VREF- VOL) + VREF=10/100 x (2.5-0) +2.5=2.75V

VTH- =RI/RFB  x  ( VREF- VOH) + VREF=10/110 x (2.5-5) +2.5=2.27V

 

附:润石科技比较器选型树状图:

 


 

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