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实用EMI噪声对策讲座(18) 比较器
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比较IC可以判别2个输入电压的大小关系，输出0或是1的数字结果(图1)，它的动作原理与电路结构，几乎与运算放大器完全相同，应用增幅器不施加回馈，就可以当作比较器(Compartor)使用，不过笔者建议最好使用专用比较IC，如此才能够获得更好的特性，尤其是要求高速动作时，大多使用专用比较IC。
比较IC的输入是模拟，输出是数字，可以视为1位组(bit)A/D转换器。如图2所示比较IC的输出是是开放集极(Open Collector)，或是开放汲极(Open Drain)，开放汲极功能上与开放集极相同，只不过它是C-MOS组件。
图
2
开放集极输出的比较器
某些模拟系与数字系的电源电压彼此相异，如图所示与IC电源电压相异的电压，利用可以推升(pull-up)的数字输出，可以改变模拟系与数字系的电压。
一般数字IC的输出如图3(a)、(b)所示，利用2个开关的切换，信号强度会变成高或是低，例如图3外置推升阻抗再透过开关的切换，输出可作高、低变化。
图
3
外置推升电阻的动作原理
比较器的噪
声
感度很高是比较器的主要特征，反过来说比较器对噪讯非常脆弱。比较器很容易发生振荡，表面上看似振荡状，实际上并不是振荡现象。低频信号即使混入轻微的高频噪讯，虽然比较器还是正常动作，不过比较器的输出会反复高、低变化，经常被误认成振荡。[!--empirenews.page--]
为消除上述现象必需使比较器具备史米特触发(Schmidt trigger)特性，图3是为了观察此现象的实验电路；图4是实验电路的动作波形。
图3上方的比较器电路未作噪讯对策，图3下方的比较器具备史米特触发特性，可作噪讯对策的电路，两电路都是使比较器的负端输入维持一定电压VT，对正端施加高频噪讯重迭的波形(A)(图4)。
(B)是无噪讯对策的输出，当(A)的电压上升或是下降时，受到噪讯的影响，它会数度切断临界(threshold)电压VT，此时比较器虽然正常动作，不过看似要发生振荡，输出电压(B)会反复高、低变化。
图3下方的比较器电路噪讯对策，是使比较器电路具备史米特触发特性，它的输出是(C)，如图4所示，输出完全没有散乱分布现象。
图 4 实验电路
史米特触发特性利用正的回馈电路制作，具体方法例如20kΩ的输入阻抗与100kΩ的回馈阻抗，就可以制作具备史米特触发特性的电路。
磁滞(Hysteresis)特性具体2个临界强度，分别是VTH与LTH，(A)的电压上升时以VTH动作，(A)的电压下降时以LTH动作，其结果如图4所示，当(A)的上升与下降时，输出(C)各动作一次。图5是史米特触发特性的临界强度特性图。
图 5 比较器 的测试波形
图
6
临界强度的设计
如上所述比较器述具备史米特触发特性，可以防止噪讯造成振荡性现象，不过反面副效应是在磁滞宽度范围内，比较器的感度会大幅降低。虽然磁滞宽度范围主要是对应预期的噪讯大小，不过基本上必需避免发生磁滞宽度过大现象。
图7是比较器的应用电路范例，典型的比较器的应用电路是窗型比较器(Window Comparator) (图8)。窗型比较器电路可以检查电压是否在特定电压范围内，它使用两个比较器，藉此检查检查电压Vin是否进入上限值VU与下限值VL之间(图9)。
图
7
比较器应用电路范例
图 8 窗形比较器电路
图
9
比较器的动作特性
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