1、滞回比较器关于比较器滞回的讨论需要从“滞回”的定义开始, 与许多其它技术术语一样, “滞回”源于希腊语, 含义是“延迟”或“滞后 ”, 或阻碍前一状态的变化。工程中 , 常用滞回描述非对称绝大多数比较器中都设计带有滞回电路, 通常滞回电压为 5mV 到 10mV。内部滞回电路可以避免由于输入端的寄生反馈所造成的比较器输出振荡。但是内部滞回电路虽然可以使比较器免于自激振荡, 却很容易被外部振幅较大的噪声淹没。这种情况下需要增加外部滞回, 以提高系统的抗干扰性能。 首先, 看一下比较器的传输特性。图 1 所示是内部没有滞回电路的理想比较器的传输特性 , 图2 所示为实际比较器的传输特性。从图 2
2、可以看出, 实际电压比较器的输出是在输入电压(VIN)增大到2mV 时才开始改变。 图 1. 理想比较器的传输特性 图 2. 实际比较器的传输特性 运算放大器在开环图 3. 无滞回电路时比较器输出的模糊状态和频繁跳变 举个例子, 考虑图 4 所示简单电路, 其传输特性如图 5 所示。比较器的反相输入电压从 0 开始线性变化, 由分压电阻 R1、R2 构成正反馈。当输入电压从 1 点开始增加(图 6), 在输入电压超过同相阈值VTH+ = VCCR2/(R1 + R2)之前, 输出将一直保持为 VCC。在阈值点, 输出电压迅速从 VCC 跳变为VSS, 因为, 此时反相端输入电压大于同相端的输入
3、电压。输出保持为低电平, 直到输入经过新的阈值点 5 ,VTH- = VSSR2/(R1 + R2)。在 5 点, 输出电压迅速跳变回 VCC, 因为这时同相输入电压高于反相输入电压。 图 4. 具有滞回的简单电路 图 5. 图 4 电路的传输特性 图 6. 图 4 电路的/输出电压波形 图 4 所示电路中的输出电压 VOUT 与输入电压 VIN 的对应关系表明, 输入电压至少变化 2VTH时 , 输出电压才会变化。因此, 它不同于图 3 的响应情况( 放大器无滞回 ), 即对任何小于 2VTH 的噪声或干扰都不会导致输出的迅速变化。在实际应用中, 正、负电压的阈值可以通过选择适合的反馈设置。
4、 其它设置可以通过增加不同阈值电压的滞回电路获得。图 7 电路使用了两个 MOSFET 和一个电阻网络调节正负极性的阈值。与图 4 所示比较器不同, 电阻反馈网络没有加载到负载环路, 图 8 给出了输入信号变化时的输出响应。 图 7. 通过外部 MOSFET 和电阻构成滞回电路 图 8. 图 7 电路的输入/输出电压波形 比较器内部的输出配置不同, 所要求的外部滞回电路也不同。例如, 具有内部上拉电阻的比较器,可以在输出端和同相输入端直接加入正反馈电阻。输入分压网络作用在比较器的同相输入端, 反相输入电压为一固定的参考电平( 如图 9)。 图 9. 在带有上拉电阻的比较器中加滞回电路 如上所述
5、, 具有内部滞回的比较器提供两个门限：一个用于输入上升电压(VTHR),一个用于检测输入下降电压(VTHF), 对应于图 8 的 VTH1 和 VTH2。两个门限的差值为滞回带(VHB)。当比较器的输入电压相等时, 滞回电路会使一个输入迅速跨越另一输入, 从而使比较器避开产生振荡的区域。图 10 所示为比较器反相输入端电压固定, 同相输入端电压变化时的工作过程,交换两个输入可以得到相似波形, 但是输出电压极性相反。图 10. 图 9 电路的输入/输出电压波形 根据输出电压的两个极限值 (两个电源摆幅), 可以很容易地计算反馈分压的电阻值。 内部有 4mV 滞回和输出端配有上拉电阻的比较器 -
6、如 Maxim 的 MAX9015、MAX9017 和MAX9019 等。这些比较器设计用于电压摆幅为 VCC 和 0V 的单电源系统。可以按照以下步骤, 根据给定的电源电压、电压滞回(VHB)和基准电压(VREF), 选择并计算需要的元件： 第 1 步选择 R3, 在触发点流经 R3 的电流为(VREF - VOUT)/R3。考虑到输出的两种可能状态 , R3 由如下两式求得：R3 = VREF/IR3 和 R3 = (VCC - VREF)/IR3.取计算结果中的较小阻值 , 例如, VCC = 5V, IR3 = 0.2A, 使用 MAX9117 比较器(VREF = 1.24V), 则
7、计算结果为 6.2M 和 19M , 选则 R3 为 6.2M 。 第 2 步选择滞回电压(VHB)。在本例中, 选择滞回电压为 50mV。第 3 步R1 可按下式计算。对于这个例子, R1 的值为：第 4 步VIN 上升门限(VTHR) 的选择, 例如：在该门限点, 当输入电压 VIN 超过阈值时, 比较器输出由低电平变到高电平。本例中, 选择VTHR = 3V。 第 5 步计算 R2, R2 可按下式计算：本例中, R2 的值为 44.2k 。 第 6 步按如下步骤验证电压和滞回电压：VIN 上升门限 = 2.992V, 等于 VREF 乘以 R1, 除以 R1、R2 和 R3 并联后的阻
8、值。VIN 下降门限 = 2.942V。因此, 滞回电压 = VTHR - VTHF = 50mV.最后, 开漏结构的比较器内部滞回电压为 4mV (MAX9016、MAX9018、MAX9020), 需要外接上拉电阻, 如图 11 所示。外加滞回可以通过正反馈产生, 但是计算公式与上拉输出的情况稍有不同。滞回电压 = VTHR - VTHF = 50mV。按如下步骤计算电阻值： 第 1 步选择 R3, 在 IN_+端的漏电流小于 2nA, 所以通过 R3 的电流至少为 0.2A, 以减小漏电流引起的误差。 R3 可由 R3 = VREF/IR3 或 R3 = (VCC - VREF)/IR3
9、 - R4 两式求得, 取其较小值。例如, 使用MAX9118 (VREF=1.24V), VCC = 5V, IR3 = 0.2A, R4 = 1M , 计算结果为 6.2M 和 18M , 则 R3 选6.2M 。 第 2 步选择需要的滞回电压 (VHB)。 第 3 步选择 R1, R1 可按下式计算：在此例中, R1 为：第 4 步选择 VIN 上升门限(VTHR), 如下式：在该门限点, 当输入电压 VIN 超过阈值时, 比较器输出由低电平变到高电平。本例中, 选择VTHR = 3V。 第 5 步计算 R2, 如下式：本例中, R2 的值为 49.9k 。 第 6 步按如下步骤验证触发电压和滞回电压：图 11. 在输出为开漏结构的比较器中加滞回电路
