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技術專題
施密特觸發器的設計
施密特觸發器是IC和更簡單的PCB中的基本電路，它們在清理信號以供其他數字電路中發揮重要作用。施密特觸發器元件和IC有很多不同，但它們都依賴于兩個重要屬性來對噪聲輸入信號進行整流和穩定：飽和和磁滯。盡管這些電路與放大器電路相似，甚至在原理圖中使用相同的符號，但它們的工作方式卻大不相同。
如果您正在設計用于清除噪聲信號并產生數字脈沖的施密特觸發器電路，則可能會發現，施密特觸發器的經典電路圖具有驚人的彈性，直到達到很高的頻率為止。
施密特觸發器是簡單的電路，可以接收振蕩信號（例如鋸齒波或三角波）并輸出方波。施密特觸發器電路具有一定的滯后性，允許設計人員通過設置滯后窗口的大小來調整占空比。可以將一個有噪聲的信號輸入到施密特觸發器中，并且輸出將是干凈的數字信號。這樣，施密特觸發器的運行就像始終在飽和狀態下運行的高增益放大器一樣。實際上，您可以通過使差分輸入飽和來使用運算放大器來構建施密特觸發器電路，盡管這在高速電路中是不希望的。
施密特觸發器與另一重要類型的二態數字電路有關：比較器。比較器和施密特觸發器相似，但電路不同。
施密特觸發器與比較器電路
施密特觸發器經常與比較器電路進行比較，因為它們的行為非常相似。所有施密特觸發器均為比較器，但并非所有比較器均為施密特觸發器。兩種類型的電路都使用磁滯來設置在兩個飽和狀態之間切換的閾值。對于比較器，輸出在電源軌電壓下達到飽和，并且輸出將在正和負飽和電壓之間循環（例如，軌到軌）。可以通過在反相輸入（或反相比較器的非反相輸入）周圍放置上拉和下拉電阻來設置引起開關的參考電壓。比較器電路中總是有一個小的磁滯窗口，因此它們可以承受輸入中約10 mV的波動。
由運算放大器構建的比較器電路。具有高增益的正反饋環路可確保一旦輸入電壓高于或低于0 V，輸出就會在電源軌上飽和
對于施密特觸發器，有意添加磁滯以將開關閾值設置為某個所需值。對于基于晶體管的比較器，可以使用分壓器通過另一個正反饋環路將滯后作用于輸出電壓。分壓器中的電阻值決定了磁滯窗口的大小和輸出波形的占空比。反向施密特觸發器的通用電路如下所示，該電路包括輸出信號上的磁滯窗口。
由運算放大器構建的比較器電路,具有高增益的正反饋環路可確保一旦輸入電壓高于或低于0 V，輸出就會在電源軌上飽和
請注意，您可以使用相同的技術來創建運算放大器的施密特觸發器，盡管運算放大器制造商建議不要這樣做。提出此建議的原因是，通常不將運算放大器設計為以高增益運行至飽和。取而代之的是，這些組件被設計為在線性范圍內運行，并且它們無法承受長時間在飽和狀態之間切換的熱需求。
輸入紋波和噪聲抑制
由于輸入是差分輸入，因此施密特觸發器具有較高的共模抑制比（CMRR）。盡管差分輸入提供了較高的CMRR，但輸入信號的自然變化仍可能導致兩個輸出狀態之間的意外切換。這應該說明可以將遲滯添加到比較器的原因。通過加寬磁滯窗口，上升沿和下降沿躍遷變得更加不同，并且電路可以承受更大的電壓波動，而無需意外切換。
比較器輸出無遲滯（左）和有遲滯（右）
可以使用瞬態分析和所涉及晶體管級的直流分析來模擬施密特觸發器電路。當使用晶體管構建時，這些電路需要在飽和狀態下工作，因此需要使用直流掃描來模擬負載線。瞬態分析使您可以測量輸出方波的占空比，然后可以將其與反饋環路中的先前分析進行比較。
如果要設計高頻施密特觸發器，例如將在高GHz頻率下運行的電路。這些高頻模擬電路通常使用GaAs或GaN-SiC材料模型。這些類型的電路仍然是研究的活躍領域，但是這些電路可以在不使用PLL的情況下提供高GHz時鐘或PWM信號。