Dijital Sistemlerde Sinyal Durumlandırması için Bir Schmitt Tetik Devreyi Uygulamayı Uygulayın

Dijital Sistemlerde Sinyal Durumlandırmayı Anlamak

Dijital sistemler güvenilir bir şekilde işlev için temiz, gürültü içermeyen giriş sinyalleri talep eder. Gerçek dünya sinyalleri nadiren yanıltıcıdır - bu zorluklar için sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık ses çıkarlar, mekanik kontaklar nedeniyle histeriler sunar. Doğru koşulsuz davranış, yanlış tetikleyici ve geçici hatalar, mantık devrelerinde kesintiye neden olabilir.

İyi tasarlanmış bir Schmitt tetikleyicisi, yüksek performanslı bir geçiş için bir analog veya gürültülü bir dijital sinyali temiz, kareli çıkış pencere ile iyi tanımlanmış mantık seviyeleri ile başlatır. Bu, geçiş noktasının etrafındaki küçük dalgalanmalar geri almak için elde edilebilir.Bu basit ama güçlü bir ilke Schmitt her şeyi sensör arayüzlerden ve geçişten ve geçişin şekillendirilmesi için vazgeçilmez hale getirir.

Bir Schmitt Tetik Nedir?

Bir Schmitt tetikleyicisi, iki farklı giriş seviyesindeki anahtarlama devresidir: Üst eşik gerilimi (V) ve daha düşük eşkülüfer (V)[Döneticileri, [Döneticileri, yüksek çözünürlükte ayarlanan, V[Döntgenmeler için)[Düzüğün uzunluğu[Döneticileri ve [Düzücükler)[Düzücükler[Düzüğün uzunluğu[Düzüğün uzunluğu[Düzüğün uzunluğu[Döneticileri)

Giriş sinyali V'nin üzerinde yükselirken _)UT, çıktı yüksek bir devlete (genellikle pozitif tedarik rayına bağlanır).Okullanıcılar V_{)LT[D[DDDD) altından aşağıya inerler - düşük bir gerilim - çıkıştan önce çıkış gerilimi engeller.Bu ayrılık, giriş sinyalinin eşi benzeri olmayan bölgeye de geçer.}

Dijital sistemlerde Schmitt tetikleyiciler genellikle mantık kapısı girişlerine yapılır (örneğin 74HC14 hex dönüştürücü veya 74HCT132 NAND kapısı) veya operasyonel yükselteçleri (op-amps) veya özel koaratörler kullanarak ayrı olarak uygulanır.

Bir Schmitt Tetik Nasıl Çalışır

Bir Schmitt tetikleyicisinin temel çalışma prensibi olumlu bir geri bildirimdir. En yaygın konfigürasyonda - Schmitt'in bir af-amp kullanarak tetiklenmemesi – çıktı geriliminin bir kısmı, giriş dışı girişlere geri beslenir.Bu geri bildirimler devreyi iki ayrı anahtarlı geçiş eşi gibi hareket ettirir.

Kurulum

R1 (Dönlendirme girişleri olmayan) ve R2 (köneme dışı girişten) alıntı, genellikle bir direnç veya orta puan yoluyla terminale uygulanır.

[FONT:0]V₊) = V_{)[D[DÜye ait|8201; &#=D=D=D=)|3|3|3|3|3|3|)}

Giriş arttıkça, V₎₊) yükselir. V₎₊) referansı aşmaktadır (veya sabit bir eşiğine yüklenir), çıktıları düşük.Şimdi geri bildirim sürücüler V_).

Kurulum Yapın

Schmitt'in ortaya çıkması, girişin bir direnişle sonuçlanmasında giriş sinyalini yerleştirirken, olumlu geri bildirimler giriş dışı girişe uygulanır. Thresholds are determined by the inverting version is common when the entry is referenced to ground and the print is intended to be inverted relative to the input.

Her iki konfigürasyon da, bir çıkış gerilimine karşı bir sinyal gerilimi grafiği üzerinde arsayan bir eğri üretebilir. eğri bir dikdörtgen veya & #8220;S” şekli, geçiş noktaları ile açıkça işaretlenir. histeris penceresinin genişliği hesaplanır:

[FONT=0)Hysteresis = (V_)OH|8201;− V_{) × R1/(R1+R2)|8201;}

V_{)OH[DÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ}

Devre Uygulamalı Devre Uygulamalı

Bir Schmitt tetikleyicisi devresini uygulamak sadece birkaç pasif bileşen ve operasyonel bir yükselteç veya özel bir komparator gibi aktif bir cihaz gerektirir. Aşağıdaki bölümler hem de üstolojiler için adım adım tasarım sürecini özetliyor.

Bileşenlerin İhtiyaçedilmesi Gereken

• [FONT:0]Operasyonel yükselteç veya koarator[Dönetici:0)Operasyonel yükseltici veya LM741 gibi bir cihaz seçin. yüksek hızlı dijital sinyaller için, LM311 veya TLV350 gibi özel bir hesaplama gecikmesi tercih edilir.
• [FONT:0] İki direnççiler[Dönetici: 1) R1 (sağlık direnişçi) ve R2 (kösterici) histerik grubu belirledi. Standart% 1 tolerans direnç dirençleri kesin eşler için önerilir.
• [FONT:0)Power tedarik[[DÜDÜT:1) - Af-amp/comparatora bağlı olarak, tek başına tasarım dijital sistemlerde (örneğin +5V veya +3.3V) yaygındır.
• [FONT=0)Input sinyal kaynağı[[[Dönetici: 1)) - analog sinyal şartlandırılacak.
• [FONT:0]Okul kapasiteleri[[Döneticiler) - Küçük decoupling kapasitetörler (100 nF) gürültüyü azaltmak için aktif cihazın güç pimlerine yakın.

Tasarım Örneği: Non-Inverting Schmitt

Bir Schmitt'in 2.0V'nin eşiği ile tetiklediğine ve 5V sistemi için 1.0V (düşük) formülüne bağlı olarak 5V'den 5V'ye kadar (rayın-to-rayın varsayılması) aranma işlemine ihtiyaç olduğunu varsayalım.

Hysteresis = V_)OH) − V_).

V_)UT) = 2.0V ve V_)LT) = 1.0V, o yüzden histeriler 1.0 =V.

5.0V × R1/(R1+R2) = 1.0V → R1/(R1+R2) = 0.2.

Uygun bir seçim R1 = 10 kΩ ve R2 = 40 kΩ standart + 1 kΩ seri veya 40.2 kΩ% 1) Tanık olmayan terminalin merkezi, doğrudan doğruya doğruya doğru olan bir eşiğine ulaşmaması gereken bir bağlantı noktası haline gelir.

V_{)UT[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ:2)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜ) ve #8201; R1|R2, R1|R2 için çok sayıda tasarımcı, R1|R2'yi en az şarj etmek için daha basit bir yaklaşım sağlar.}

Bu örnek, dikkatli bir direnç seçiminin önemini göstermektedir. Simülasyon araçları (LTspice, QSPICE) veya manuel hesaplama devre inşa etmeden önce tam geçiş noktalarını doğrulayabilir.

Bir Karşılaştırmak

op-amps Schmitt tetikleyicileri olarak işlev görürken, adanmış komparlar daha hızlı yanıt süreleri sunar, geçiş noktasında daha yüksek kazanç sağlar ve genellikle içsel histerilerin özelliklerini içerir. Örneğin, LM393 veya LM311 hesaplamaları yükleri (örneğin, TTL giriş kapasitesi) aşırı derecede yüksek bir gerilimde çalışan mantık aileler ile karşı karşıya kalabilirler.

Texas Instruments, Analog cihazlar gibi üreticilerden birçok modern komparlar ve Microchip, programlanabilir histerileri dış pinler veya direniciler aracılığıyla içerir. TLV3501, örneğin 6 ns propagation gecikme ve demiryolu-to-rail çıkışına sahiptir, birkaç on megahertz kadar hızlı sinyal için uygun hale getirir.

Bitirme Kılavuzu

Bir Schmitt tetikleyicisi için doğru bileşenleri seçmek güvenilir bir operasyon için kritiktir. İşte önemli düşünceler:

Hız ve Band genişlik

Yavaş değişen sinyaller için (örneğin, sıcaklık sensörleri, mekanik anahtarlar), LM358 (iki bant genişliği ürün -1 MHz) çok iyi çalışır. yüksek frekanslı frekanslar (saat hatları, veri otobüsleri), 20 ns'in altında bir hesaplama gecikmesi önerilir. LM311 yanıt süreleri yaklaşık 200 ns; alt-nanosaniye kenarları için, yüksek frekanslı bir hesaplama cihazı kullanın.

Diren ve Tempo

Dirençli değerler doğrudan eş gerilimi etkiler.% 1 tolerans metal film, histeris doğruluğu korumak için direnir. Sıcaklık duyarlı uygulamalar için, düşük sıcaklık katla karşıtları düşünün (örneğin, 50 ppm/°C veya daha iyi). histeriler pencere, direnççiler ve aktif cihaz ve #8217; birlikte hareket eder.

Güç Supply Decoupling

0.1 & #181;F seramik kapasitor, her güç tedarikinin af-amp veya koaratorun pinine mümkün olduğunca yakın. yüksek hızlı tasarımlar için, 10 & #181;F elektrolitik veya tantalum kapasitör paralel olarak, aksi takdirde girişe çift olabilecek ve yanlış tetikleyicilere neden olabilir.

Giriş Filtreleme

Histeriez ile bile, son derece hızlı gürültü aksanları, cihazın sert oranını aşsalar Schmitt tetikleyicilerini atlayabilirler. küçük bir kapasitör (örneğin, 10 pF–100 pF) girdiler arasında, yüksek frekanslı tırnaklar yükselir. Ancak, ek kapasitenin gerekli yanıt süresinin altındaki devreyi yavaşlatmamasını sağlar.

Pratik Tasarım Adımları

Uygulamanıza uygun bir Schmitt tetikleyici devre uygulamak için bu adımları izleyin:

1. [FONT=0)Gön sinyal özellikleri:[Dönetici:[Dönetici, frekans ve gürültü seviyesi giriş sinyalinin belirlenmesi. gerekli mantık eşlerini (V_)IH) , V_{) aşağı doğru dijital cihaz için.}
2. [FONT=0)Choose yapılandırması:[Dönetici Korumak İçin Doğrulama; Inverted çıktı için.
3. [[Dönetici cihazı: [Dönetici: 0,3) Aktif cihazı seçin: [Dönüşüm gecikmesi vs. giriş kesintisi) ve çıkış sürüş kapasitesi.
4. [FONT:0]Calculate hisesis:[Dönetici: 0D) Bir histeris gerilimi en az iki kez zirve gürültüsü amplitüdünün 200 mV ise, histerilerin en az 400 mV.
5. [FONT:0)Determine dirençli değerler:) Üstolojiniz için formülleri kullanın. 10 kΩ aralığında R2 ile başlayın; 100 kΩ yeterli geri bildirim mevcut olduğunda uygun tüketimleri tutmak için.
6. [FONT:0) Simülasyon ile eşleri dikin:), Bir DC süpürücü ve geçici analizleri geçiş noktalarını doğrulamak için çalıştırın.
7. [FONT=0)Yapıp test edin:[Dönetici: [Dönetici: 0 ) Bir ekmek veya PCB'deki devreye benzeyen bir sinyale sahip olmak ve bir oscilloskop üzerindeki temiz çıktıyı gözlemleyin.

Thorough testi, parasitic kapasitance veya aşırı geri bildirim nedeniyle eşlerin yakınında salınımı kontrol eder. Çıktı sohbetleri, histerileri biraz artırmak veya geri bildirim bant genişliğine giriş yapmak için küçük bir kapasitör ekleyin.

Dijital Sistemlerde Uygulamaları

Schmitt tetikleyici & #8217; Gürültü reddetme ve temiz kenarlar üretme yeteneği onu çok yönlü bir bina bloğu haline getirir. Aşağıda ayrıntılı uygulama örnekleri vardır.

Anahtar Debouncing

Mekanik anahtarlar ve itbuttonlar (multiple filoing contact on the partition or release) - Bir Schmitt, IC'leri histeris grubu içindeki hızlı geçişleri görmezden gelerek sinyali temizliyor. Sağlama/pull-down direnç ağı ile bağlantı kurmak, o zaman bir giriş için hiçbir şekilde besleyin.

Sensör İşareti

Fototransistörler, termo çiftleri ve Hall- effect sensörleri genellikle gürültü ile farklı analog gerilimleri yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

Dalgalama ve Pulse Generation

Schmitt tetikleyiciler, bir Schmitt tetikleyicisi (konferik 555 saatlerini veya ayrı devreleri kullanarak) frekans saymalarında faydalı olan bir kare dalgasını oluşturur.PWM sinyali temizlenebilir. Bir RC oscillator kullanarak bir Schmitt tetikleyicisi (örneğin klasik 555 zamanlayıcısı iç komplikeli eşiği veya ayrı devreleri kullanarak) R ve C değerlerine bağlı olan bir kare dalga oluşturur.

Dijital Mantıkta Yanlış Tesirleri Önlemek

Uzun PCB izleri veya kablolar, yüksek / uzun süre kapalı gürültüyü alabilir, mantık girişlerine glitch'e neden olabilir.Bir Schmitt sinyalini temizler ve mantık kapısının temiz yüksek / uzun seviyeleri görmesini sağlar. Bu, endüstriyel kontrol sistemleri, otomotiv elektronikleri ve gürültü bağışıklığının önemli olduğu iletişim arayüzleri.

Schmitt Tetik Devrelerinin Variasyonları

Çeşitli uzmanlık gerektiren uygulamaları karmaşık, performans ve entegrasyon içinde ticaret-offlar sunuyor.

Bütünleşik CMOS Schmitt Tesir

Standart mantık aileleri (74HC, 74HCT, CD4000) inşa edilmiş Schmitt tetikleyici girişleri içeren kapılar içerir. 74HC14 hex dönüştürücü, örneğin, 6 bağımsız Schmitt 5V tedarikinde 0.8V ile benzer işlevsellik sağlar. Bunlar hızlı, uzay tasarrufu tasarımları için idealdir.

Başka bir deyişle,

İnverting versiyonu entegre bir mantıkta daha yaygındır, ayrı olmayan uygulama, tasarımcının keyfi eşleri ayarlamasına olanak sağlar.Nactt ayarlamalı histerileri ile tetikler, giriş sinyalinin iki yönlü sensör arayüzlerinde olduğu gibi yararlıdır.

Pencere Hysteresis ile Karşılaştırma

İki Schmitt tetikleyicisini birleştirerek (bir üst eş için, bir tane daha düşük) uygun bir mantıkla, bir pencere kotaratörü belirli bir gerilim aralığında olduğunda tespit edilebilir.Bu, batarya izlemede kullanılır ve algılamada kullanılır.

Emitter-Coupled (ECL) ve Diferansiyel Sürümler

ultra yüksek hızlı uygulamalar (köke aralığı), uzman Schmitt, diferansiyel çiftleri kullanarak tetikler ve yayılabilir mantık, frekans bölmeleri ve saat veri kurtarma gibi yüksek performanslı dijital devrelerde bulunur. Bunlar aynı prensibin gelişmiş bir uygulamasını temsil eder.

Avantajları ve Sınırlamaları

Avantajları Avantajları Avantajları Avantajları

• [0]Gelişmiş gürültü bağışıklığı:[Döneticiler, eşiğin yakınında gürültü nedeniyle ses çıkarmayı engelliyor.
• [FONT:0)Stable anahtar eşleri:[Dönetici:[Dönlü eşler) Dirençli eşler kaliteli bileşenleri kullanırken öngörülebilir ve sıcaklıksal olarak kullanılabilir.
• [FONT:0]Simple, düşük maliyetli uygulama: Birkaç direnç ve genel bir af-amp veya koarator tüm bu & #8217; gerekli.
• [FONT=0)Fast kenar oranları:[[Dönetici:0) Olumlu geri bildirimler, yavaş giriş sinyalleri ile bile hızlı geçiş sağlar.
• [FONT:0)Versatile:[Dönetici ve dijital alanlara uygulanabilir, milivolt seviyesindeki sensörlerden güç tedarik izlemeye kadar.

Sınırlamalar

• [[Dönetici algılamaya değer: Çıktı sadece ikilidir; orantılı analog bilgi kalır.
• [FONT=0)Delay tanıtıldı:[Dönetici:[Dönetici:0)) Kompatör veya af-amp propagasyon gecikmesi, yüksek hızlı döngülerde önemli olabilir.
• [FONT:0]Threshold:[Dönüşünme:[Dönüşün: 0,4] Sıcaklıktan, dirençli değerler ve koarator değişimi, potansiyel olarak histerik pencere genişliğini değiştiriyor.
• [FONT:0)Power tüketimi:[Dönetici:0) Sürekli olarak af-amp/comparatorun sürekli olarak işletilmesi, sinyalin mevcut olmadığı zaman bile mevcut.

Test ve Sorun Gider

Bir Schmitt tetikleyici devre inşa ettikten sonra, operasyonunu bilinen bir giriş sinyali kullanarak doğrulayın. Bir işlev jeneratörü yavaş triangular veya sinusoidal dalga (e.g, 1 kHz) X-Y'de bir amplifiğe tıkladığınızda açıkça görünür olmalıdır. Probe girişi ve çıktısı aynı anda iki ayrı giriş seviyesinden temizlenmelidir ve histeriler döngüsü X-Y arsa modu (input on X-Y)

Ortak konular ve düzeltmeler:

• [FONT:0]Output oscillates eşiğinde:) Hysteresis çok dar, gürültü aksanları marjı aşıyor veya yetersiz güç tedariki kesintiye uğratıyor.
• [FONT:0]Thresholds not eşleştirme hesaplamaları değil: Check direnici toleranslar, çıkış hızı (özellikle de raylı olmayan cihazlar), ve af-amp gerilimi dengelemek.
• [FONT=0]Slow çıktı kenarları:[Dönder:[Dönder:0] Af-amp slew oranı daha hızlı bir hesaplama cihazı ile değiştirilmesi veya bir it-pull çıktı cihazı kullanın.
• [FONT:0) Hiçbir geçiş:[Dönetici:[Dönlendirme:[Dönlendirme:) Güç tedarik bağlantıları, giriş sinyali amplitüd ve çıkış yükleri.Açık-kolector çıktıları için, çekme dirençleri sağlamak için mevcut.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Schmitt tetikleyicisi, tasarımcı ve #8217'de temel bir araç olmaya devam ediyor; dijital sistemlerde sinyallendirme için cephanelik, kontrollü histerileri tanıtarak, etkin olarak gürültülü işaretler, iyi geri bildirimler ve şekiller dalgaformları, her şey en az bileşen ve maliyetle uygulanabilir.Gerçek dünya gürültüsünün karşısında güvenilir bir şekilde çalışır ve geçici bir gürültüyü kullanarak çalışır.

Daha fazla okuma için, bu kaynakları düşünün:

• [0]Wikipedia: Schmitt Tetik[Döncüm: 1)
• [0]TI Uygulama Not: Karşılaştırmacı Hysteresis Design (SBOA219)).
• [0]Analog Cihazları: Karşılaştırmacı Hysteresis[Döneticiler[Döneticiler: 1)