比較器在轉(zhuǎn)換的過程中為什么存在振蕩

Other Parts Discussed in Post： TLV3201

作者： TI 專家 Bruce Trump

翻譯： TI信號(hào)鏈工程師 David Zhao （趙大偉）

比較器是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念-在輸入端對(duì)兩個(gè)電壓進(jìn)行比較。輸出為高或者低。因此，在轉(zhuǎn)換的過程中為什么存在振蕩？

當(dāng)轉(zhuǎn)換電平緩慢改變的時(shí)候，這個(gè)現(xiàn)象經(jīng)常會(huì)發(fā)生。常常是由于輸入信號(hào)存在噪聲，因此在轉(zhuǎn)換電平附近的輕微波動(dòng)會(huì)引起輸出端的振蕩。即使輸入信號(hào)沒有噪聲，比較器本身也會(huì)存在噪聲，比如其中的運(yùn)放就存在噪聲。當(dāng)輸出突然從一個(gè)軌轉(zhuǎn)變到另外一個(gè)軌的時(shí)候有時(shí)也會(huì)引入噪聲，并且會(huì)通過電源或者輸出電路反射到輸入端。

無論原因是什么，遲滯通常會(huì)是一種解決方案 - 受控正反饋。就像是猛然關(guān)斷開關(guān)。當(dāng)你逐漸推動(dòng)桿的時(shí)候，通過中心點(diǎn)的時(shí)候?qū)?huì)猛然跳到一個(gè)新的位置。假若沒有緩沖的情況下，開關(guān)會(huì)不停振蕩并且其接觸點(diǎn)將會(huì)不停地出現(xiàn)火花。

在轉(zhuǎn)換的過程中，緩慢上升下降的輸入信號(hào)趨向于多次觸發(fā)輸出。

R1和R2在輸出端形成了一個(gè)分壓器 - 正反饋切換門限電壓從而形成遲滯。當(dāng)一個(gè)上升的輸入電壓達(dá)到比較電壓時(shí)候，Vo的下降沿將使門限電壓移動(dòng)到一個(gè)較低的電壓值，從而避免噪聲引起振蕩。

遲滯的幅度是由比較器的輸出電壓擺幅VOH決定的，VOH與電阻分壓器的值相關(guān)。遲滯寬度?VT是根據(jù)輸入噪聲的大小以及振蕩的傾向來設(shè)定的。

如圖2所示，將Vin和VR換接，就會(huì)形成一個(gè)具有遲滯特性的同相比較器。門限電壓會(huì)稍有不同。要保證輸入信號(hào)是一致的。在某些電路中，輸出電平形成的反饋會(huì)對(duì)輸入信號(hào)源引入干擾，從而形成振鈴和更多的振蕩。

某些比較器存在開漏（或者開集）輸出。由于輸出電容會(huì)減緩輸出電平升高的速率，因此這類比較器在正輸出沿形成遲滯效果有限。在你最需要門限電壓改變的時(shí)候，它將僅會(huì)帶來很小的門限電壓的改變。同時(shí)要意識(shí)到，取決于不同的元件值，遲滯網(wǎng)絡(luò)也會(huì)作為輸出負(fù)載，減小輸出電壓的擺幅。

在輸入信號(hào)的上升期和下降期，遲滯將會(huì)形成不同的門限電壓，在某些應(yīng)用中這將會(huì)是個(gè)劣勢(shì)。和R2串聯(lián)的電容會(huì)臨時(shí)改變門限電壓的值，也許會(huì)有足夠長(zhǎng)的時(shí)間讓輸入通過有噪聲的門限范圍。如果碰到輸入變化極其緩慢，例如電池電壓，這種方案就行不通。

當(dāng)輸入信號(hào)變化速率足夠快的時(shí)候，你可以嘗試這種方法。一些比較器（比如說TLV3201） 內(nèi)置了遲滯功能，不再需要外置的電阻。這是通過內(nèi)部的電路結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)使輸入和輸出不受電路的影響。對(duì)于大多數(shù)電路而言，這些器件的遲滯電壓帶是有效的。如果需要的話，你可以添加外部電阻。

運(yùn)算放大器能被用作比較器嗎？有時(shí)候是可以的。

閱讀原文， 請(qǐng)參見： http://e2e.ti.com/blogs_/b/thesignal/archive/2013/01/28/comparators-what-s-all-the-chatter.aspx

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