自適應(yīng)遲滯性比較器的設(shè)計(jì)

1、種自適應(yīng)遲滯性比較器的設(shè)計(jì)遲滯電路(hysteresis circuit )又稱施密特觸發(fā)電路(schmitt trigger circuit )。因他能濾除干擾噪聲而獲得很廣泛的運(yùn)用。在一些應(yīng)用場(chǎng)合中，特別在某些 模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路中 1，遲滯比較器作為抗干擾的比較器應(yīng)用較多。為了獲得更 好的轉(zhuǎn)換效果，需要較好地選擇遲滯比較器正端輸入的基準(zhǔn)電壓。而信號(hào)的 未知為確定基準(zhǔn)電壓帶來(lái)麻煩。本文設(shè)計(jì)的一種加入濾波器的遲滯比較器解 決了這個(gè)問(wèn)題。1 遲滯比較器的設(shè)計(jì)遲滯性是比較器的一種特性，他使比較器的輸入閾值隨輸入(出)電平而改變。比較器實(shí)現(xiàn)的方法很多。他們都有不同形式的正反饋。最常見的即是由 放大器接

2、成正反饋組成。這類遲滯比較器由于方便的設(shè)計(jì)和放大器的標(biāo)準(zhǔn)生 產(chǎn)成為主流。設(shè)計(jì)選用了最常見的由放大器正反饋的設(shè)計(jì)，如圖 1 所示。由米爾曼公式可得輸入電壓升高和降低時(shí)的基準(zhǔn)電壓如下式：而電路能濾掉的噪聲即遲滯性為: 由上式可知，遲滯性由電源電壓和 R4, R5阻值決定。本設(shè)計(jì)中Vr的大小是 變成的，因此正負(fù)基準(zhǔn)電壓也隨 Vr變化，為了達(dá)到自適應(yīng)的目的希望基準(zhǔn)電 壓對(duì)輸入有好的跟隨性同時(shí)減小輸出端的影響。因此將 R4取值得比R5要小 一個(gè)數(shù)量級(jí) 2 濾波器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)濾波器往往要考慮下列因素：（1）工作頻率范圍。（2）參數(shù)變化的靈敏度及穩(wěn)定度。（3）實(shí)際元件的重量和大小。（4）運(yùn)算放大器的電壓源。2

3、.1 濾波器的選擇 2 本設(shè)計(jì)是工作在低頻的比較器。此時(shí)當(dāng)信號(hào)頻率是低頻時(shí)可以考慮的方式有 低通、帶通或全通，同時(shí)還可選擇一階或多階。在考慮此設(shè)計(jì)后，一階濾波器在此設(shè)計(jì)中是較好的，且低通濾波器是相對(duì)比較簡(jiǎn)單的，所以設(shè)計(jì)選擇低 通濾波器。簡(jiǎn)單低通濾波器通?？捎呻娙菖c電阻組成。本設(shè)計(jì)采用了電容與 電阻并聯(lián)接地的方式，最后的濾波器連同遲滯比較器設(shè)計(jì)如圖 2 所示。2.2 元件值的確定 3一階的濾波器有公用的傳輸函數(shù)：其中Z是T(S)的零點(diǎn)，P是極點(diǎn)，在S平面上，Z可能落在正實(shí)軸或負(fù)實(shí)軸 上，而 P 永遠(yuǎn)落在負(fù)實(shí)軸上。其中 K 為正數(shù)時(shí)由函數(shù) T( S )的相位公式得：由圖 2 得其傳輸函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)形式為

4、：則：對(duì)于S，當(dāng)S = j GJ= 0時(shí):當(dāng)S = j 3趨向無(wú)窮大刈寸:由上式可知，電阻值可按設(shè)計(jì)的要求大概約束，如果需要其是低通濾波器則有關(guān)系式：當(dāng)上式成立時(shí)，濾波器為低通。當(dāng) R 為正實(shí)數(shù)時(shí)與上式等價(jià)。同時(shí)需要 S=0時(shí)|T (S) |接近1為約束條件。由以上條件可知 R1的電阻最大，R3的電阻與其有可比性。在此取 Ri = IOR3 , R2的電阻比其低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。面進(jìn)行相位約束條件的探討將S = j 3代入式（2）中有:計(jì)算相位的公式如下：由式（ 6）結(jié)合式（ 1）可得:要此電路在1 rad/s 為處有 45°的相位落差即要求：則有：而結(jié)合式(3) , (4) , (5),

5、因?yàn)镽i = 10R3, R2的電阻比其低幾個(gè)數(shù)量級(jí),則有：兩式聯(lián)立求解并取 C = 1,可得:根本式（ 7）：當(dāng)一個(gè)方程有兩個(gè)未知數(shù)，可取得的某一個(gè)為定值。如果計(jì)算后是合理值，便能解決問(wèn)題。選擇 P = 0.005，由式（7）得Z = 1，則:從以上的結(jié)果可以找出元件值3。由于Cnew =,Rnew = kmRold，根據(jù)實(shí)際電路中兀件值的需要，如果按kf= 1來(lái)設(shè)計(jì)很難與實(shí)際電容大小匹配。在此令kf= 1 000, km = 420。得電路元件的實(shí)際值為：Ri = 840kQ, R3= 84kQ, R2= 420Q,C = 2.34訃 再將C的值標(biāo)準(zhǔn)化為2.2 對(duì)R4選擇值為R3的1/10

6、，即 8.4k Q, R5則確定為R4的20倍為170k Q。3 仿真和討論仿真在HSpice【5下進(jìn)行，設(shè)定其電源電壓為2.3V，輸入信號(hào)選擇正弦信號(hào)。用HSpice的表示方法為sin (1.2V 0.45V 1Hz )即直流偏置為1.2V，幅值 為0.45V，頻率為1Hz。其仿真波形如圖3所示圖3 (a)即是輸入電壓隨時(shí)間變化的波形，圖 3 (b)中虛線為比較器正端 的電壓，其相位與輸入電壓相同，在波谷由于輸出端反饋而畸變；實(shí)線表征 比較器負(fù)端電壓，相位超前，完成預(yù)先設(shè)計(jì)。則圖 3(c)中可見符合輸入 信號(hào)的方波輸出。多種信號(hào)的輸入測(cè)試表明，電路的適應(yīng)性較好，能在多個(gè) 不同偏置條件的輸入下工作。經(jīng)過(guò)電路仿真有以下結(jié)論：(1)此電路有較好的適應(yīng)性，能在不同的偏置條件的輸入下工作。( 2)由于低通濾波器的原因，電路具有