滞回比较器电路设计分析

比较器是用于对正负两端电压进行比较然后输出相关逻辑的器件,在比较器的应用电路中,为了避免电压在某一阈值的抖动,将比较器设计为滞回比较器电路是很常见的。
任选一款比较器进行说明,选择ti的tlv7011dbvr进行说明,tlv7011dbvr是一款推挽输出,轨到轨的比较器,由此可知,输出高为vcc,输出低为0v,事实上,规格书也会进行规定,实际应用时也应按照规格书的规定进行设计:
ti的产品规格书上也包含了滞回比较器的设计电路,鉴于此,直接分析此电路,如下:
可以看到,输入放到了负极,输出经r3和r2反馈回到正极,此电路的分析,建议先谨记一个点,当vin变的足够高时,输出必然变低,因此,在vin变的足够低时,那输出应当为高,记住这点,就不难绘出输出和输入的变化曲线,如下:
为了便于了解,先解析波形图,可以看到,横轴为vin,纵轴为vo,而且曲线上带有箭头,箭头所标代表着vin的走线,可以看到右箭头走向,代表vin在0v时,vo为高,随着vin增加到va1时,vo开始变为低,此时继续随着vin的增加,vo保持为低。左箭头走向代表vin为无穷值时,vo为低,当vin降低到va2时,vo变为高,vin继续降低时,vo保持为高。
va2~va1被称为滞回区间,使用滞回电路的优点在于可以避免vin电压抖动导致比较器的输出持续抖动,举个最简单的例子:vin为电池电压vbat,比较器一直监视电池电压,当vbat放电达到va2时,输出由低变高,但是此时vbat电压可能受外部负载变化影响,忽高忽低,那就导致比较器输出不稳定,必然导致检测逻辑混乱。
分析电路,与输入输出特性曲线一样,电路的分析也应按照vin的两种走向分析:
vin由低走向高时,vo为高,r3相当于被拉至vcc,此时比较器正极电路等效为:
得:
当vin=va1时,vo将发生反转,由高变低。
vin由高走向低时,vo为低,r3相当于被拉至地,此时比较器正极电路等效为:
得:
当vin=va2时,vo将发生反转,由低变高,而且va2必然比va1小。
事实上,r1是可以直接接外部参考电源的,r2是可以省略的,但是r3必须要连接到输出,这样才能将输出的状态反馈到输入,分析电路的逻辑与上述的分析逻辑是一致的,只是代入不同的vcc和电阻值而已。
当vin接到正极时,可得到相反的滞回曲线,如下电路:
可以得到如下特性曲线:
分析逻辑与上述是一致的,使用何种电路是看需要什么样的输出逻辑而定的,但是需要记住的是,无论何种滞回比较器,输出都是反馈回正极输入端的。
除此之外,一些比较器是开漏输出的,这意味着比较器无法输出高电平,此时,可根据需要在输出端额外增加上拉电阻。

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