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콤퍼레이터 히스테리시스 (슈미트 트리거) 계산기

슈미트 트리거 회로의 콤퍼레이터 히스테리시스 트립 포인트, 상한/하한 임계값 전압, 원하는 히스테리시스 백분율에 대한 설계 저항값을 계산합니다.

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공식

VT+=Vref×R2/(R1+R2)+Vcc×R1/(R1+R2),VT−=Vref×R2/(R1+R2)V_T+ = V_ref × R2/(R1+R2) + V_cc × R1/(R1+R2), V_T− = V_ref × R2/(R1+R2)

참고: TI SNOA997A, Inverting comparator with hysteresis circuit

V_ref— 레퍼런스 전압 (V)
V_cc— 공급 전압 (V)
R1— 기준 저항 (V_ref에서 비반전 입력) (Ω)
R2— 피드백 저항 (출력에서 비반전 입력) (Ω)
ΔV— 히스테리시스 밴드 (V)

작동 방식

콤퍼레이터 히스테리시스 계산기는 신호 감지, 제로 크로싱 회로 및 레벨 변환에 필수적인 노이즈 방지 스위칭의 상한 및 하한 임계 전압을 계산합니다.임베디드 시스템 엔지니어, 센서 인터페이스 설계자 및 전력 전자 엔지니어는 입력 신호가 임계값을 느리게 넘거나 노이즈가 중첩되어 임계값을 넘을 때 이를 사용하여 진동을 방지합니다.Horowitz & Hill 'Art of Electronics' (제3판, p.231) 에 따르면 히스테리시스는 콤퍼레이터가 작은 입력 변동을 무시하는 데드 밴드를 생성하므로 입력이 높게 전환하려면 V_TH+를 초과해야 하고 저음으로 전환하려면 입력이 V_TH+를 초과해야 합니다.히스테리시스 전압 V_hyst = V_TH+ - V_TH-는 안정적인 스위칭을 위해 피크-투-피크 노이즈를 2배 이상 초과해야 합니다.표준 콤퍼레이터 (LM339, LM393) 에는 히스테리시스를 설정하기 위한 외부 저항이 필요합니다. 통합 슈미트 트리거 (74HC14) 는 공급 전압에 따라 0.4-0.9V의 고정 히스테리시스를 갖습니다.

계산 예제

LM393 기반의 배터리 전압 모니터에 대해 1.65V를 중심으로 100mV 히스테리시스를 갖는 3.3V 콤퍼레이터 회로를 설계하십시오.필수: V_TH+ = 1.70V, V_TH- = 1.60V, V_hyst = 100mV.포지티브 피드백 토폴로지 사용: R1 (입력 디바이더) = 10kΩ, R2 = 10kΩ 설정 V_ref = 1.65V를 설정합니다.100mV 히스테리시스의 경우 V 아웃 스윙 = 3.3V: R_fb = R_parallel × (V_out / V_hyst) = 5kΩ × (3.3V/0.1V) = 165kΩ. Select 160kΩ (E24 시리즈).실제 히스테리시스 = 3.3V × 5kΩ / 160kΩ = 103mV입니다.입력에 50mVpp 노이즈가 있어 2배의 노이즈 마진을 제공합니다. 임계값을 넘는 신호는 채터링 없이 깨끗한 출력 전환을 트리거합니다.

실용적인 팁

  • ✓5V 시스템의 경우 74HC14 은 외부 구성 요소 없이 0.9V 히스테리시스를 제공하므로 디지털 로직 레벨의 디바운싱 및 신호 컨디셔닝에 이상적입니다.
  • ✓피드백 저항 계산: R_fb = R_eq × (V_swing / V_hyst) 여기서, 입력 분배기의 R_eq = R1||R2, 크게 R_fb = 더 작은 히스테리시스
  • ✓오픈 드레인 콤퍼레이터 (LM339) 에는 풀업 저항이 필요하지만 푸시풀 콤퍼레이터 (TLV3201) 에는 필요하지 않습니다. 데이터시트에서 출력 유형을 확인하십시오.

흔한 실수

  • ✗히스테리시스를 입력 노이즈보다 좁게 설정하면 단일 입력 크로싱 시 다중 출력 전환 (채터) 이 발생합니다. 히스테리시스는 피크-투-피크 노이즈의 2배를 초과해야 합니다.
  • ✗연산 증폭기를 콤퍼레이터로 사용 — 연산 증폭기는 출력이 포화될 때 1-100μs 의 복구 지연이 발생합니다. 전용 콤퍼레이터 (LM339, LM393) 는 100-300ns에서 복구됩니다.
  • ✗콤퍼레이터 전파 지연 무시 — LM339 에는 1.3μs 지연이 있습니다. 고속 애플리케이션의 경우 선형 기술 선택 가이드에 따라 MAX942 (80ns) 또는 LT1016 (10ns) 을 사용하십시오.

자주 묻는 질문

입력 신호가 임계값을 느리게 넘거나 노이즈가 중첩되어 있을 때 출력 채터 (급진동) 를 방지합니다.SLAA068 TI 애플리케이션 보고서에 따르면 2배 이상의 노이즈 진폭의 히스테리시스는 잘못된 트리거를 제거합니다.10mVpp 노이즈의 경우 20mV 이상의 히스테리시스를 사용하십시오.
출력에서 비 반전 입력으로의 포지티브 피드백: R_fb 출력을 V+ 입력에 연결합니다.출력이 High이면 V+는 상한 임계값 전압 V_TH+에 있고, 출력이 Low이면 V+는 하한 임계값 전압 V_TH-로 떨어집니다. 이 차이로 히스테리시스 창이 생성됩니다.히스테리시스가 내장된 IC로는 TLV3201 (6mV) 및 MAX9117 (사용자 프로그래밍 가능) 이 있습니다.
예 — 슈미트 트리거 (74HC14, 40106) 는 로직 신호에 대한 디지털 레벨 히스테리시스를 제공하고, 피드백 저항이 있는 콤퍼레이터는 센서 인터페이스에 아날로그 레벨 히스테리시스를 제공합니다.내부 콤퍼레이터가 있는 ADC (TI ADS1115) 에는 윈도우 콤퍼레이터 기능을 위한 프로그래밍 가능한 임계값 히스테리시스가 포함되어 있습니다.
경험법칙: V_hyst > 2× 노이즈 + 2배 콤퍼레이터 오프셋 전압+2배 예상 임계값 드리프트.노이즈가 50mVpp이고 LM339 (최대 오프셋 5mV) 인 센서 신호의 경우: V_hyst > 100mV+ 10mV = 최소 110mV.마진으로 150mV를 사용하십시오.히스테리시스가 너무 많으면 감지가 지연되므로 노이즈 내성과 응답 시간의 균형을 맞출 수 있습니다.

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