如何扭转电压比较器不被重视的问题

1、如何扭转电压比较器不被重视的问题在中的浮现始于20世纪90年月末。当初，大家认为这项技术仅降低了成本而已。由于，这样的比较器需要的硅器件较少，又能使单片机比较两个模拟电压。于是，认为电压比较器仅仅是一个“1位”的观点始终占领主导地位，并且向来持续到21世纪的头几年。幸运的是，当8位单片机开头不断涉足更多的混合信号应用时，越来越多具有模拟背景的设计人员开头用法单片机。这些采纳混合信号单片机的设计人员十分认识电压比较器的灵便性和功能，便着手发掘其潜能。用法片上电压比较器的应用不断涌现，包括输出的模拟信号到数字信号的转换、规律门、以及电源转换。圆满的是，混合信号单片机设计人员的人数尚不足以有效推广电

2、压比较器。因此，本文旨在使设计人员熟悉到不起眼的片上电压比较器可能给混合信号应用带来的价值。全面探讨这个主题需要数百页的篇幅，我们将尽量多地选取一些可能的应用举行阐述。我们首先将研究传感器-数字转换。大多数模拟传感器会产生与其测量的环境因素成比例的阻值、或值的变幻。热敏阻值的变幻与温度成比例，湿度传感器转变其电容值，而某些临近传感器甚至会转变自身的电感值。传统的转换办法先将电阻、电容或电感转换为电压，然后用法一个adc将电压转换为数字值。但是，假使我们可以将传感器的输出挺直转换为数字值，又会怎样？图1 r/c/l传感器-数字转换器利用不起眼的片内电压比较器构建容易的张弛，可以将电阻、电容或电感

3、转换为可变的频率，然后用法定时器外设来测量该频率。图1显示了两个容易的振荡器。除了容易这一自不待言的优点外，两个电路因为自身会对输入信号求平均，因而具有一定的噪声抑制能力。不过，其辨别率还由采样时光打算。在两个电路中，电阻r1、r2和r3提供滞回电压，按照比较器的输出状态来调整比较器跳变电平的大小。左边电路中的r4和l1与右边电路中的r4和c1作用相同，用于设置工作频率。通过用适当的阻性、容性或感性传感器替换r4、c1或l1，就能构建一个频率可随传感器输出值变幻的变频振荡器。然后用法timer0和timer1将频率转换为数字值。timer1的计数频率与振荡器频率相同，timer0设置采样周期。

4、当timer0溢出时，timer1停止计数，它的当前值就是转换的结果。图2 用法比较器的规律与/或和异或电路这一对内部定时器与少量的外部元件和一些软件相结合，向设计人员提供了一种用法比较器测量电阻、电感或电容的简便办法。设计人员只需延伸timer1的计数周期，就可以提高转换器的辨别率。此外，大多数带有片上比较器的新型单片机在比较器的反相输入端上有一个2选1或4选1的模拟多路开关。只需给每个传感器添加一个电阻r4，然后将传感器/电阻的接点衔接到多路开关的各个输入端，设计人员就能在多达4个传感器中挑选转换器的输入。构建规律门只不过是将规律与一些电阻组合起来，以实现必须的规律功能。图2给出了实现了规

5、律“与（and）”和规律“或（or）”功能的容易电路，以及略为复杂的规律“异或（xor）”功能的电路。图2中，左边的电路实现规律“与”和规律“或”功能。要实现规律“与”功能，挑选r3和r4的值，使得反相输入端的电压高于vdd/2。要实现规律“或”功能，挑选可使反相输入端的电压略低于vdd/2的值。（r1和r2的值应相等）。在规律“与”配置中，a和b两个输入端必需同为高电平以将同相输入端的电压拉高到vdd/2之上，才干使输出变为高电平。在规律“或”配置中，a或b中必需起码有一个为高电平以将同相输入端的电压拉至vdd/2，才干拉高输出电平。要构建规律“非与（nand）”或“非或（nor）”电路，只

6、需将反相和同相输入端交换即可。图2中，右边的电路用于实现规律“异或”功能。假如a或b中有一个为低电平，那么反相输入端将被钳位在0.7v，若另一个输入为高电平，就会产生高电平输出。假如a和b均为高电平，那么同相输入端的电压将保持为略低于vdd，而反相输入端被拉至vdd导致输出低电平。（注：对于任何规律电路，选定的电阻值应足够大以使全部处于110ma范围内，这样比较器的输出驱动电路才干简单地驱动规律）。图3 同相和反相运放电路接下来，让我们讨论如何将比较器用做低频运放。只需用法一个足够低频的低通来对脉冲链举行滤波，任何占空比可变的数字信号均可被转换为直流电压。要用法比较器来构建运放，我们将用法同样

7、的滤波器求平均功能来生成反馈和输出电压（见图3）。在同相电路中，r1和r2犹如在常规运放电路中一样，用于确定增益。c1和r3/c2充当滤波器对照较器输出端的数字信号求均值，并将求得的结果作为反馈的直流电平和电路的线性输出。在反相电路中，r4和r5确定增益，c3和r6/c4充当平均滤波器将数字pwm信号转换为线性电压。注：在反相拓扑结构中，需要r7和r8来产生电路的虚拟地。最后要叙述的是电路。产生交变电源电压的一种办法是产生由输出反馈电压门控的pwm开关信号。在该电路中，一个比较器产生斜坡波形，而另一个提供输出电压的反馈信号。图4中的原理图给出了用法两个比较器的实现计划。在该电路中，比较器u1a

8、是一个脉冲发生器，与前面所述的将传感器输出转换为数字信号的振荡器类似，其工作频率由r4、r5和c1打算。电路中r5的作用是确保c1上的充电电压绝不会低于约1.5v。这一点十分重要，由于u1b通过将u1a的同相输入端拉至约0.7v来控制振荡器的工作，使其停振。（注：振荡器被设计为在关断时将输出拉为低电平，因此此时q1也将处于截止状态）。图4 用法两个比较器的升压式开关电源当振荡器运行时，q1会定期导通，使得电流流过l1。当q1截止时，流过l1的电流会使d3正偏，从而给c2充电，继而抬高输出电压。c2上采样得到的输出电压经过分压后与d2上的正向电压作比较。假如输出电压过高，u1b会关断振荡器，c2会向负载放电，从而使输出电压降低。当输出电压跌落到所需电压以下时，u1b的输出就会变成高电平，振荡器重新起振，将重新有电流流向c2。有了电压比较器，可以实现将r/c/l传感器的输出转换为数字值的电路、规律门和放大器，甚至是开关