一種自適應(yīng)遲滯性比較器的設(shè)計

1、一種自適應(yīng)遲滯性比擬器的設(shè)計遲滯電路(hysteresis circuit)又稱施密特觸發(fā)電路( schmitt trigger circuit )。因他/數(shù)轉(zhuǎn)換電路中需要較好地選擇遲滯本文設(shè)計的一種參加能濾除干擾噪聲而獲得很廣泛的運(yùn)用。在一些應(yīng)用場合中，特別在某些模 遲滯比擬器作為抗干擾的比擬器應(yīng)用較多。 為了獲得更好的轉(zhuǎn)換效果, 比擬器正端輸入的基準(zhǔn)電壓。而信號的未知為確定基準(zhǔn)電壓帶來麻煩。濾波器的遲滯比擬器解決了這個問題。1遲滯比擬器的設(shè)計遲滯性是比擬器的一種特性，他使比擬器的輸入閾值隨輸入(出)電平而改變。比擬器實(shí)現(xiàn)的方法很多。他們都有不同形式的正反應(yīng)。最常見的即是由放大器接成正反應(yīng)組

2、成。這類遲滯比擬器由于方便的設(shè)計和放大器的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)成為主流。設(shè)計選用了最常見的由放大器正反應(yīng)的設(shè)計，如圖1所示。由米爾曼公式可得輸入電壓升高和降低時的基準(zhǔn)電壓如下式： = 7?( +R； *匕+乩& *臨曠二雖(V +r 出 + &,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，為了到達(dá)自適應(yīng)的目的希望基準(zhǔn)電壓對輸入有好的跟隨性同時減 小輸出端的影響。因此將 R4取值得比R5要小一個數(shù)量級。2濾波器的設(shè)計 設(shè)計濾波器往往要考慮以下因素:(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)

3、際兀件的重量和大小。(4 )運(yùn)算放大器的電壓源。2.1濾波器的選擇2本設(shè)計是工作在低頻的比擬器。此時當(dāng)信號頻率是低頻時可以考慮的方式有低通、帶通或全通，同時還可選擇一階或多階。在考慮此設(shè)計后，一階濾波器在此設(shè)計中是較好的，且低通濾波器是相比照擬簡單的， 所以設(shè)計選擇低通濾波器。簡單低通濾波器通?？捎呻娙菖c電阻組成。本設(shè)計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擬器設(shè)計如圖2所示。2.2元件值確實(shí)定一階的濾波器有公用的傳輸函數(shù):T( S)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)時由函數(shù) T( S)的相位公式得：Q

4、 aretan nrctan I )由圖2得其傳輸函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)形式為:嚴(yán) R, +艮(2)3十RR疋 局+艮+隔CR風(fēng)R0C那么:_颯兔7 _嶺+艮州用十醛Ki對于S,當(dāng)S = j gj= 0時:| T(S) I =從h1當(dāng)S= j 3趨向無窮大8時:由上式可知，電阻值可按設(shè)計的要求大概約束，如果需要其是低通濾波器那么有關(guān)系式：R+盡 耳凡+ & +出 舟+舟當(dāng)上式成立時，濾波器為低通。當(dāng) R為正實(shí)數(shù)時與上式等價。同時需要 S= 0時|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= 1 0R3, R2的電阻比其低幾個數(shù)量級。下面進(jìn)行相位約束

5、條件的探討 ： 將S= j 3代入式(2)中有:悶jks応：応加十&匚応斗鳥5計算相位的公式如下:嚴(yán)RW(6)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:那么有:而結(jié)合式“ .t 沖(F 一 N八 k fl = tan)=TF-Z=- PZ -3 , 4 , 5，因?yàn)镽i= IOR3 , R2的電阻比其低幾個數(shù)量級，那么有:p Ri十地耳卜丄_ 局出 一 io用&丁IO + R.P兩式聯(lián)立求解并取 c= 1,可得:10Rl = 10Z-P由式7得Z = 1，那么:根本式7:當(dāng)一個方程有兩個未知數(shù)，可取得的某一個為定值。如果計算后是合理值, 便能解決問題。選擇P

6、= 0.005 ,10)(11)值的需要，如果按 kf = 1來設(shè)計很難與實(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小。再將C的值標(biāo) 準(zhǔn)化為2.2訃對R4選擇值為R3的1/10 ,即8.4k Q, R5那么確定為R4的20倍為170kQ。3仿真和討論仿真在HSpice下進(jìn)行，設(shè)定其電源電壓為2.3V，輸入信號選擇正弦信號。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。I I1.TI A 1 n +*JJ- 相 4 I .0I IS 225-叫御J*0ftm I I.J圖3 (a)即是輸入電壓隨時間變化的波形，圖3 ( b)中虛線為比擬器正端的電壓，其相位與輸入電壓相同，在波谷由于輸出端反應(yīng)而畸變；實(shí)線表征比擬器負(fù)端電壓，相位超前，完成預(yù)先設(shè)計。那么圖 3 ( c)中可見符合輸入信號的方波輸出。多種信號的輸入測試說明，電 路的適應(yīng)性較好，能在多個不同偏置條件的輸入下工作。經(jīng)過電路仿真有以下結(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