设计目标

设计说明

比较器用于区分两种不同的信号电平。在存在噪声、信号变化或缓慢移动的信号的情况下，可以在恒定阈值下观察到输出端的不良转换。设置上限和下限迟滞阈值可消除这些不良输出转换。该电路示例聚焦于设计正反馈电阻器网络所需的步骤，以获得反相比较器应用所需的迟滞。

设计说明

1. 迟滞阈值电压的精度与电路中使用的电阻器的容差、所选比较器的输入失调电压规格以及器件的任何内部迟滞相关。
2. TLV7041 具有漏极开路输出级，因此需要上拉电阻器。

设计步骤

1. 选择较低的偏置电阻 R₂。该电阻可以针对任何设计进行修改。在这种情况下，假设需要节能，因此，R₂ 选择得较大。
   ${\mathrm{R}}_2\mathrm{ }=\mathrm{ }500\mathrm{k}\Omega$
2. 选择当比较器从高电平转换为低电平 (V_L) 和从低电平转换为高电平 (V_H) 时的开关阈值。V_L 是比较器输出转换为低电平所需的输入电压，V_H 是比较器输出高电平所需的输入电压。
   
   ${\text{V}}_{\mathrm{L}}{\text{=2.2V 和 V}}_{\mathrm{H}}\text{= 2.5V}$
3. 分析输入电压为 V_H 时的电路。此时，V_o=3V=V_PU，并且在比较器输出中启动向逻辑低电平的转换。使用基尔霍夫电流定律，求解 R₁ 的公式。
   
   $\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{PU}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\mathrm{R}}_3+{\mathrm{R}}_4}+\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\mathrm{R}}_1}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\mathrm{R}}_2}\Rightarrow {\mathrm{R}}_1=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\displaystyle \frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\mathrm{R}}_2}-\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{PU}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\mathrm{R}}_3+{\mathrm{R}}_4}}}$
4. 分析输入电压为 V_L 时的电路。此时，V_o=0V，并且在比较器输出中启动向逻辑高电平的转换。使用基尔霍夫电流定律，求解 R₁ 的公式。
   
   $\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{R}}_1}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{R}}_2}+\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{R}}_4}\Rightarrow {\mathrm{R}}_1=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}\times \left({\displaystyle \frac{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_4}{{\mathrm{R}}_2{\mathrm{R}}_4}}\right)}$
5. 定义一些常量后，将 R₁ 的两个公式设置为等于 R₄ 的二次方程。
   1. $\mathbf{常量}\mathbf{：}$
      $\mathrm{A} = \frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}-1$
      $\mathrm{B} = {\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}$
      $\mathrm{C} = \frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}{{\mathrm{R}}_2}$
      $\mathrm{D} = {\mathrm{V}}_{\mathrm{PU}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}$
      $\mathbf{简化了}\mathbf{ }\mathbf{二次方程}\mathbf{ }\mathbf{根（对于}\mathbf{ }{\mathbf{R}}_{\mathbf{4}}\mathbf{：}$
      $\left( \frac{\mathrm{B}}{\mathrm{A}}-\mathrm{C}\times {\mathrm{R}}_2\right) \times {{\mathrm{R}}_4}^2+\left[ \frac{\mathrm{B}}{\mathrm{A}}\times \left( {\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3\right) -\mathrm{C}\times {\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{R}}_3+\mathrm{D}\times {\mathrm{R}}_2\right] \times {\mathrm{R}}_4 +\left( \frac{\mathrm{B}}{\mathrm{A}}\times {\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{R}}_3\right) =0$
   2. 如果输出级是推挽式，则对上述公式进行以下修改：
      ${\mathrm{R}}_3 = 0$
      ${\mathrm{V}}_{\mathrm{PU}} = {\mathrm{V}}_{\mathrm{CC}}$
      $\mathrm{D} = {\mathrm{V}}_{\mathrm{CC}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}$
6. 求解 R₄ 的二次方程并选择最合乎逻辑的结果。
   ${\mathrm{R}}_4 = 808.88\mathrm{k\Omega } \cong 809\mathrm{k\Omega }$
7. 通过将 A 常量的值代入步骤 4 中 R₁ 的公式来计算 R₁。
   ${\mathrm{R}}_1 =\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}\times \left({\displaystyle \frac{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_4}{{\mathrm{R}}_2{\mathrm{R}}_4}}\right)}= \left(\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}-1\right)\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{R}}_4}{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_4}\right)=\mathrm{A}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{R}}_4}{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_4}\right)$
   ${\mathrm{R}}_1 = 112.36\mathrm{k\Omega } \cong 112\mathrm{k\Omega }$

直流传输仿真结果

瞬态仿真结果

设计参考资料

有关 TI 综合电路库的信息，请参阅模拟工程师电路手册。

请参阅具有迟滞功能的比较器参考设计 TIPD144.

请参阅电路 SPICE 仿真文件 SLVMCQ0，具有迟滞功能的反相比较器电路参考设计。

有关大量比较器主题（包括迟滞、传播延迟和输入共模范围）的更多信息，请参阅 TI 高精度实验室 - 运算放大器。

设计特色比较器

设计备用比较器