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比较器——振荡来自何处?

2020-04-02 Bruce Trump 资深模拟工程师 阅读:
比较器——振荡来自何处?
比较器是一个简单的概念-在输入端对两个电压进行比较。输出为高或者低。因此,在转换的过程中为什么存在振荡?

比较器是一个简单的概念-在输入端对两个电压进行比较。输出为高或者低。因此,在转换的过程中为什么存在振荡?qWJednc

当转换电平缓慢改变的时候,这个现象经常会发生。常常是由于输入信号存在噪声,因此在转换电平附近的轻微波动会引起输出端的振荡。即使输入信号没有噪声,比较器本身也会存在噪声,比如其中的运放就存在噪声。当输出突然从一个轨转变到另外一个轨的时候有时也会引入噪声,并且会通过电源或者输出电路反射到输入端。qWJednc

无论原因是什么,迟滞通常会是一种解决方案 - 受控正反馈。就像是猛然关断开关。当你逐渐推动杆的时候,通过中心点的时候将会猛然跳到一个新的位置。假若没有缓冲的情况下,开关会不停振荡并且其接触点将会不停地出现火花。qWJednc
图1a给出了比较电压VR设定在2V的一个简单的比较器。在转换的过程中,缓慢上升下降的输入信号趋向于多次触发输出。qWJednc

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在图1b中,R1和R2在输出端形成了一个分压器 - 正反馈切换门限电压从而形成迟滞。当一个上升的输入电压达到比较电压时候,Vo的下降沿将使门限电压移动到一个较低的电压值,从而避免噪声引起振荡。qWJednc

迟滞的幅度是由比较器的输出电压摆幅VOH决定的,VOH与电阻分压器的值相关。迟滞宽度ΔVT是根据输入噪声的大小以及振荡的倾向来设定的。qWJednc

如图2所示,将Vin和VR换接,就会形成一个具有迟滞特性的同相比较器。门限电压会稍有不同。要保证输入信号是一致的。在某些电路中,输出电平形成的反馈会对输入信号源引入干扰,从而形成振铃和更多的振荡。qWJednc

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某些比较器存在开漏(或者开集)输出。由于输出电容会减缓输出电平升高的速率,因此这类比较器在正输出沿形成迟滞效果有限。在你最需要门限电压改变的时候,它将仅会带来很小的门限电压的改变。同时要意识到,取决于不同的元件值,迟滞网络也会作为输出负载,减小输出电压的摆幅。qWJednc

在输入信号的上升期和下降期,迟滞将会形成不同的门限电压,在某些应用中这将会是个劣势。和R2串联的电容会临时改变门限电压的值,也许会有足够长的时间让输入通过有噪声的门限范围。如果碰到输入变化极其缓慢,例如电池电压,这种方案就行不通。当输入信号变化速率足够快的时候,你可以尝试这种方法。一些比较器(比如说TLV3201) 内置了迟滞功能,不再需要外置的电阻。这是通过内部的电路结点实现的,同时使输入和输出不受电路的影响。对于大多数电路而言,这些器件的迟滞电压带是有效的。如果需要的话,你可以添加外部电阻。qWJednc

运算放大器能被用作比较器吗?有时候是可以的。qWJednc

阅读原文,请访问:e2e.ti.comqWJednc

查看更多请点击:《看一个TI老工程师如何驯服精密放大器qWJednc

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