比較器在轉(zhuǎn)換的過程中為什么存在振蕩

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作者： TI 專家 Bruce Trump

翻譯： TI信號鏈工程師 David Zhao （趙大偉）

比較器是一個簡單的概念-在輸入端對兩個電壓進行比較。輸出為高或者低。因此，在轉(zhuǎn)換的過程中為什么存在振蕩？

當轉(zhuǎn)換電平緩慢改變的時候，這個現(xiàn)象經(jīng)常會發(fā)生。常常是由于輸入信號存在噪聲，因此在轉(zhuǎn)換電平附近的輕微波動會引起輸出端的振蕩。即使輸入信號沒有噪聲，比較器本身也會存在噪聲，比如其中的運放就存在噪聲。當輸出突然從一個軌轉(zhuǎn)變到另外一個軌的時候有時也會引入噪聲，并且會通過電源或者輸出電路反射到輸入端。

無論原因是什么，遲滯通常會是一種解決方案 - 受控正反饋。就像是猛然關(guān)斷開關(guān)。當你逐漸推動桿的時候，通過中心點的時候?qū)腿惶揭粋€新的位置。假若沒有緩沖的情況下，開關(guān)會不停振蕩并且其接觸點將會不停地出現(xiàn)火花。

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

R1和R2在輸出端形成了一個分壓器 - 正反饋切換門限電壓從而形成遲滯。當一個上升的輸入電壓達到比較電壓時候，Vo的下降沿將使門限電壓移動到一個較低的電壓值，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，就會形成一個具有遲滯特性的同相比較器。門限電壓會稍有不同。要保證輸入信號是一致的。在某些電路中，輸出電平形成的反饋會對輸入信號源引入干擾，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候，它將僅會帶來很小的門限電壓的改變。同時要意識到，取決于不同的元件值，遲滯網(wǎng)絡(luò)也會作為輸出負載，減小輸出電壓的擺幅。

在輸入信號的上升期和下降期，遲滯將會形成不同的門限電壓，在某些應(yīng)用中這將會是個劣勢。和R2串聯(lián)的電容會臨時改變門限電壓的值，也許會有足夠長的時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。

當輸入信號變化速率足夠快的時候，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)點實現(xiàn)的，同時使輸入和輸出不受電路的影響。對于大多數(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。

運算放大器能被用作比較器嗎？有時候是可以的。

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

編輯：jq