設計目標

設計の説明

コンパレータは、2つの異なる信号レベルを比較し、両者の大小に基づいて出力を生成するために使用されます。比較スレッショルドの前後でノイズまたは信号の変動があると、コンパレータの出力が複数回遷移します。ヒステリシスによって上限スレッショルド電圧と下限スレッショルド電圧を設定することで、ノイズによる複数回の遷移が起こらないようにします。

デザイン ノート

1. 消費電力を削減するには、静止電流が小さいコンパレータを使用します。
2. ヒステリシス スレッショルド電圧の精度は、回路に使用する抵抗の公差に関係します。
3. 伝搬遅延時間は、選択したコンパレータの仕様に基づきます。

設計手順

1. ヒステリシス付きコンパレータの部品を選択します。
   1. V_L、V_H、R₁ を選択します。
      ${\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}=2.3\mathrm{V}$
      ${\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}=2.7\mathrm{V}$
      ${\mathrm{R}}_1=100\mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$
   2. R₂ を計算します。
      ${\mathrm{R}}_2=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{cc}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}}\times {\mathrm{R}}_1=\frac{2.3\mathrm{V}}{5\mathrm{V}-2.7\mathrm{V}}\times 100\mathrm{k\Omega }=100\mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$
   3. R₃ を計算します。
      ${\mathrm{R}}_3=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}}\times {\mathrm{R}}_1=\frac{2.3\mathrm{V}}{2.7\mathrm{V}-2.3\mathrm{V}}\times 100\mathrm{k\Omega }=575\mathrm{k\Omega }\approx 576\mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$
   4. ヒステリシスの幅を確認します。
      ${\mathrm{V}}_{\mathrm{H}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{L}}=\frac{{\mathrm{R}}_1\times {\mathrm{R}}_2}{\left({\mathrm{R}}_3\times {\mathrm{R}}_1\right)+\left({\mathrm{R}}_3\times {\mathrm{R}}_2\right)+\left({\mathrm{R}}_1\times {\mathrm{R}}_2\right)}\times {\mathrm{V}}_{\mathrm{cc}}$
      $=\frac{100\mathrm{k\Omega }\times 100\mathrm{k\Omega }}{\left(576\mathrm{k\Omega }\times 100\mathrm{k\Omega }\right)+\left(576\mathrm{k\Omega }\times 100\mathrm{k\Omega }\right)+\left(100\mathrm{k\Omega }\times 100\mathrm{k\Omega }\right)}\times 5\mathrm{V}=0.399\mathrm{V}$
2. ヒステリシスなしのコンパレータの部品を選択します。
   1. V_th および R₄ を選択します。
      ${\mathrm{V}}_{\mathrm{th}}=2.5\mathrm{V}$
      ${\mathrm{R}}_4=100\mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$
   2. R₅ を計算します。
      ${\mathrm{R}}_5=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{th}}}{{\mathrm{V}}_{\mathrm{cc}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{th}}}\times {\mathrm{R}}_4=\frac{2.5\mathrm{V}}{5\mathrm{V}-2.5\mathrm{V}}\times 100\mathrm{k\Omega }=100\mathrm{k\Omega }\text{ (Standard Value)}$

設計シミュレーション

過渡シミュレーション結果

ノイズは0sから120µsまでにのみ存在

40µsから110µsまでの拡大図

設計の参照資料

テキサス・インスツルメンツ、SBOC515 SPICE 回路シミュレーション ファイル、ソフトウェア ダウンロード

テキサス・インスツルメンツ、ヒステリシス付きコンパレータ、リファレンス・デザイン

設計で使用されているコンパレータ