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，以获得非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) 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。
   
   ${\text{V}}_{\mathrm{L}}{\text{=1.3V 和 V}}_{\mathrm{H}}\text{=1.7V}$
2. 分析输入电压为 V_H 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。求解比较器的同相引脚上的电压 V_TH。
   
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2}\right)$
3. 分析输入电压为 V_L 时的电路。此时，V_o=V_pu（如果比较器具有推挽输出级，则 V_o=V_cc），并且在比较器输出中启动向逻辑低电平的转换。使用叠加，求解 V_TH。
   
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3}{{\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3}\right)+{\mathrm{V}}_{\mathrm{pu}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_1}{{\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3}\right)$
4. 将 R₂ 设置为较大的值以实现节能。可更改该电阻来满足特定设计规格，但该电阻选择为 2MΩ。现将两个 V_TH 公式设为相等并求解 R₁。
   $0=\left({\mathrm{V}}_{\mathrm{PU}}\right)\times {{\mathrm{R}}_1}^2+\left[{\mathrm{V}}_{\mathrm{PU}}\times {\mathrm{R}}_2+{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}\times \left({\mathrm{R}}_2+{\mathrm{R}}_3\right)-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}\times {\mathrm{R}}_2\right]\times {\mathrm{R}}_1+\left({\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}\right)\times \left({{\mathrm{R}}_2}^2+{\mathrm{R}}_2\times {\mathrm{R}}_3\right)$
   ${\mathrm{R}}_1=273.19\mathrm{k\Omega }\cong \mathbf{273}\mathbf{k\Omega }$
5. 使用步骤 2 中导出的公式计算 V_TH。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1+{\mathrm{R}}_2}\right)$
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}=\mathbf{1}\mathbf{.}\mathbf{4958}\mathbf{V}$
6. 为降低功耗，假设 R₅ 的值为 1MΩ。使用从基准电压 V_REF 的基础分压器得出的以下关系来计算 R₄。反相端子的电压为 V_TH。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{TH}}={\mathrm{V}}_{\mathrm{REF}}\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_5}{{\mathrm{R}}_4+{\mathrm{R}}_5}\right)$
   $\Rightarrow {\mathrm{R}}_4=1.0056\mathrm{M\Omega }\cong \mathbf{1}\mathbf{.}\mathbf{01}\mathbf{M\Omega }$

设计仿真

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。

请参阅电路 SPICE 仿真文件 SLVMCR2。

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