設(shè)計目標

設(shè)計說明

比較器用于區(qū)分兩種不同的信號電平。在存在噪聲、信號變化或緩慢移動的信號的情況下，可以在恒定閾值下觀察到輸出端的不良轉(zhuǎn)換。設(shè)置上限和下限遲滯閾值可消除這些不良輸出轉(zhuǎn)換。該電路示例聚焦于設(shè)計正反饋電阻器網(wǎng)絡(luò)所需的步驟，以獲得反相比較器應(yīng)用所需的遲滯。

設(shè)計說明

1. 遲滯閾值電壓的精度與電路中使用的電阻器的容差、所選比較器的輸入失調(diào)電壓規(guī)格以及器件的任何內(nèi)部遲滯相關(guān)。
2. TLV7041 具有漏極開路輸出級，因此需要上拉電阻器。

設(shè)計步驟

1. 選擇較低的偏置電阻 R₂。該電阻可以針對任何設(shè)計進行修改。在這種情況下，假設(shè)需要節(jié)能，因此，R₂ 選擇得較大。
   ${\mathrm{R}}_2\mathrm{ }=\mathrm{ }500\mathrm{k}?$
2. 選擇當比較器從高電平轉(zhuǎn)換為低電平 (V_L) 和從低電平轉(zhuǎn)換為高電平 (V_H) 時的開關(guān)閾值。V_L 是比較器輸出轉(zhuǎn)換為低電平所需的輸入電壓，V_H 是比較器輸出高電平所需的輸入電壓。
   
   ${\text{V}}_{\mathrm{L}}{\text{=2.2V 和 V}}_{\mathrm{H}}\text{= 2.5V}$
3. 分析輸入電壓為 V_H 時的電路。此時，V_o=3V=V_PU，并且在比較器輸出中啟動向邏輯低電平的轉(zhuǎn)換。使用基爾霍夫電流定律，求解 R₁ 的公式。
   
   $\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{PU}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\mathrm{R}}_3+{\mathrm{R}}_4}+\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\mathrm{R}}_1}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\mathrm{R}}_2}?{\mathrm{R}}_1=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\displaystyle \frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\mathrm{R}}_2}-\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{PU}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\mathrm{R}}_3+{\mathrm{R}}_4}}}$
4. 分析輸入電壓為 V_L 時的電路。此時，V_o=0V，并且在比較器輸出中啟動向邏輯高電平的轉(zhuǎn)換。使用基爾霍夫電流定律，求解 R₁ 的公式。
   
   $\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{R}}_1}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{R}}_2}+\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{R}}_4}?{\mathrm{R}}_1=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}\times \left({\displaystyle \frac{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_4}{{\mathrm{R}}_2{\mathrm{R}}_4}}\right)}$
5. 定義一些常量后，將 R₁ 的兩個公式設(shè)置為等于 R₄ 的二次方程。
   1. $\mathbf{常量}\mathbf{：}$
      $\mathrm{A} = \frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}-1$
      $\mathrm{B} = {\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}$
      $\mathrm{C} = \frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\mathrm{R}}_2}$
      $\mathrm{D} = {\mathrm{V}}_{\mathrm{PU}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}$
      $\mathbf{簡化了}\mathbf{ }\mathbf{二次方程}\mathbf{ }\mathbf{根（對于}\mathbf{ }{\mathbf{R}}_{\mathbf{4}}\mathbf{：}$
      $\left( \frac{\mathrm{B}}{\mathrm{A}}-\mathrm{C}\times {\mathrm{R}}_2\right) \times {{\mathrm{R}}_4}^2+\left[ \frac{\mathrm{B}}{\mathrm{A}}\times \left( {\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3\right) -\mathrm{C}\times {\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{R}}_3+\mathrm{D}\times {\mathrm{R}}_2\right] \times {\mathrm{R}}_4 +\left( \frac{\mathrm{B}}{\mathrm{A}}\times {\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{R}}_3\right) =0$
   2. 如果輸出級是推挽式，則對上述公式進行以下修改：
      ${\mathrm{R}}_3 = 0$
      ${\mathrm{V}}_{\mathrm{PU}} = {\mathrm{V}}_{\mathrm{CC}}$
      $\mathrm{D} = {\mathrm{V}}_{\mathrm{CC}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}$
6. 求解 R₄ 的二次方程并選擇最合乎邏輯的結(jié)果。
   ${\mathrm{R}}_4 = 808.88\mathrm{k\Omega } ? 809\mathrm{k\Omega }$
7. 通過將 A 常量的值代入步驟 4 中 R₁ 的公式來計算 R₁。
   ${\mathrm{R}}_1 =\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}\times \left({\displaystyle \frac{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_4}{{\mathrm{R}}_2{\mathrm{R}}_4}}\right)}= \left(\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}-1\right)\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{R}}_4}{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_4}\right)=\mathrm{A}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{R}}_4}{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_4}\right)$
   ${\mathrm{R}}_1 = 112.36\mathrm{k\Omega } ?112\mathrm{k\Omega }$

直流傳輸仿真結(jié)果

瞬態(tài)仿真結(jié)果

設(shè)計參考資料

有關(guān) TI 綜合電路庫的信息，請參閱模擬工程師電路手冊。

請參閱具有遲滯功能的比較器參考設(shè)計 TIPD144.

請參閱電路 SPICE 仿真文件 SLVMCQ0，具有遲滯功能的反相比較器電路參考設(shè)計。

有關(guān)大量比較器主題（包括遲滯、傳播延遲和輸入共模范圍）的更多信息，請參閱 TI 高精度實驗室 - 運算放大器。

設(shè)計特色比較器

設(shè)計備用比較器