信号链基础知识 17 ：滞后功能——了解更多模拟电压比较器的相关知识

HelloRocky

一般模拟电压比较器都有一个缺点，而滞后功能则可以克服这个缺点。
作者：Bill Klein，德州仪器 (TI) 高级应用工程师 www.ti.com.cn
本系列的前一篇文章（第 16 部分）对电压比较器进行了介绍。当向输入端施加一个缓慢移动信号时，就会引起比较器应用方面的问题。该施加信号穿过开关点时，即使该信号所带电压噪声级别非常低，其也会引起比较器开关转换。当该噪声外加信号穿过开关点电压时，比较器可能会开关数次，如图 1 所示。

图 1 比较器噪声
当这种比较器被应用于如高速计数器等电路时，就会给一次转换带来许多错误的计数。就带推挽式输出级的比较器而言，利用滞后功能则可以解决这一问题，如图 2 所示。

图 2 滞后功能网络
该输出只有两种状态：V 低输出 (Vol) 或 V 高输出 (Voh)，这样一来完成对该电路的分析就简单了。在该电路中，Voh 等于正电源电压，而 Vol 为接地或零电压。图 3 显示的是其传输函数。需要注意的是，开关点取决于状态改变以前的输出状态。

图 3 具有滞后功能的比较器的传输函数
就这两种情况而言，可以通过下列公式计算得出流经反馈电路的电流：

和

两种情况下的比较器开关电压分别为：

和

合并项得出：

和

总滞后电压为两个电平的差。由于 Vol 等于 GND（接地），因此滞后电压降至：

这一结果适用于反相比较器结构。需要注意的是，该比较器开关点（Vsl 和 Vsh）均取决于电源电压和参考电压。当 Vref 为电源电压的一半时，该开关点便大致与 Vref 相对称。
如果将 Vref 调至接近 Voh，则从 Vref 到 Vsh 的电压就会低于从 Vref 到 Vsl 的电压。这就引起开关电压间的中间值与 Vref不同。当 Vref 低于 Vs/2 时，情况则相反。
通过互换信号和参考电压，可以构建一种非反相比较器结构。但是，这样就危及到了反相输入给信号带来的高输入阻抗，而这可能是一种对设计至关重要的因素。这种比较器的开关点分别为：

和

这种分析是针对那些具有推挽式输出级的比较器。对于那些带有集电极开路或漏极开路输出级的比较器而言，上拉电阻器和负荷电阻器共同形成了一个分压器，其将 Voh 设定为电源电压的一部分，如图 4 所示。

图 4 集电极开路比较器输出因素
R（上拉）必须要小于 R1+R2，这样它才不会限制电路相关部分的电流。
请注意，一些在其芯片上已经包含了滞后功能的器件市场上已有销售。