設計目標

設計說明

比較器用于區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換。設置上限和下限遲滯閾值可消除這些不良輸出轉換。該電路示例聚焦于設計正反饋電阻器網絡所需的步驟，以獲得非反相比較器應用所需的遲滯。

設計說明

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電壓規格以及器件的任何內部遲滯相關。
2. TLV7041 具有漏極開路輸出級，因此需要上拉電阻器。

設計步驟

1. 選擇比較器從高電平轉換為低電平 (V_L) 和從低電平轉換為高電平 (V_H) 的開關閾值。V_L 是比較器輸出轉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。
   
   ${\text{V}}_{\mathrm{L}}{\text{=1.3V 和 V}}_{\mathrm{H}}\text{=1.7V}$
2. 分析輸入電壓為 V_H 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換。求解比較器的同相引腳上的電壓 V_TH。
   
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2}\right)$
3. 分析輸入電壓為 V_L 時的電路。此時，V_o=V_pu（如果比較器具有推挽輸出級，則 V_o=V_cc），并且在比較器輸出中啟動向邏輯低電平的轉換。使用疊加，求解 V_TH。
   
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3}{{\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3}\right)+{\mathrm{V}}_{\mathrm{pu}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_1}{{\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3}\right)$
4. 將 R₂ 設置為較大的值以實現節能。可更改該電阻來滿足特定設計規格，但該電阻選擇為 2MΩ。現將兩個 V_TH 公式設為相等并求解 R₁。
   $0=\left({\mathrm{V}}_{\mathrm{PU}}\right)\times {{\mathrm{R}}_1}^2+\left[{\mathrm{V}}_{\mathrm{PU}}\times {\mathrm{R}}_2+{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}\times \left({\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3\right)-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}\times {\mathrm{R}}_2\right]\times {\mathrm{R}}_1+\left({\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}\right)\times \left({{\mathrm{R}}_2}^2+{\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{R}}_3\right)$
   ${\mathrm{R}}_1=273.19\mathrm{k\Omega }?\mathbf{273}\mathbf{k\Omega }$
5. 使用步驟 2 中導出的公式計算 V_TH。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2}\right)$
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}=\mathbf{1}\mathbf{.}\mathbf{4958}\mathbf{V}$
6. 為降低功耗，假設 R₅ 的值為 1MΩ。使用從基準電壓 V_REF 的基礎分壓器得出的以下關系來計算 R₄。反相端子的電壓為 V_TH。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_5}{{\mathrm{R}}_4+{\mathrm{R}}_5}\right)$
   $?{\mathrm{R}}_4=1.0056\mathrm{M\Omega }?\mathbf{1}\mathbf{.}\mathbf{01}\mathbf{M\Omega }$

設計仿真

直流傳輸仿真結果

瞬態仿真結果

設計參考資料

有關 TI 綜合電路庫的信息，請參閱模擬工程師電路手冊。

請參閱電路 SPICE 仿真文件 SLVMCR2。

有關大量比較器主題（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。

設計特色比較器

設計備用比較器