数字电路中施密特触发器与比较器电路有何区别

施密特触发器是IC和更简单的PCB中的基本电路，它们在清理信号以供其他数字电路中发挥重要作用。施密特触发器元件和IC有很多不同，但它们都依赖于两个重要属性来对噪声输入信号进行整流和稳定：饱和和磁滞。尽管这些电路与放大器电路相似，甚至在原理图中使用相同的符号，但它们的工作方式却大不相同。

如果您正在设计用于清除噪声信号并产生数字脉冲的施密特触发器电路，则可能会发现，施密特触发器的经典电路图具有惊人的弹性，直到达到很高的频率为止。

施密特触发器是简单的电路，可以接收振荡信号（例如锯齿波或三角波）并输出方波。施密特触发器电路具有一定的滞后性，允许设计人员通过设置滞后窗口的大小来调整占空比。可以将一个有噪声的信号输入到施密特触发器中，并且输出将是干净的数字信号。这样，施密特触发器的运行就像始终在饱和状态下运行的高增益放大器一样。实际上，您可以通过使差分输入饱和来使用运算放大器来构建施密特触发器电路，尽管这在高速电路中是不希望的。

施密特触发器与另一重要类型的二态数字电路有关：比较器。比较器和施密特触发器相似，但电路不同。

施密特触发器与比较器电路

施密特触发器经常与比较器电路进行比较，因为它们的行为非常相似。所有施密特触发器均为比较器，但并非所有比较器均为施密特触发器。两种类型的电路都使用磁滞来设置在两个饱和状态之间切换的阈值。对于比较器，输出在电源轨电压下达到饱和，并且输出将在正和负饱和电压之间循环（例如，轨到轨）。可以通过在反相输入（或反相比较器的非反相输入）周围放置上拉和下拉电阻来设置引起开关的参考电压。比较器电路中总是有一个小的磁滞窗口，因此它们可以承受输入中约10 mV的波动。

由运算放大器构建的比较器电路。具有高增益的正反馈环路可确保一旦输入电压高于或低于0 V，输出就会在电源轨上饱和

对于施密特触发器，有意添加磁滞以将开关阈值设置为某个所需值。对于基于晶体管的比较器，可以使用分压器通过另一个正反馈环路将滞后作用于输出电压。分压器中的电阻值决定了磁滞窗口的大小和输出波形的占空比。反向施密特触发器的通用电路如下所示，该电路包括输出信号上的磁滞窗口。

由运算放大器构建的比较器电路，具有高增益的正反馈环路可确保一旦输入电压高于或低于0 V，输出就会在电源轨上饱和

请注意，您可以使用相同的技术来创建运算放大器的施密特触发器，尽管运算放大器制造商建议不要这样做。提出此建议的原因是，通常不将运算放大器设计为以高增益运行至饱和。取而代之的是，这些组件被设计为在线性范围内运行，并且它们无法承受长时间在饱和状态之间切换的热需求。

输入纹波和噪声抑制

由于输入是差分输入，因此施密特触发器具有较高的共模抑制比（CMRR）。尽管差分输入提供了较高的CMRR，但输入信号的自然变化仍可能导致两个输出状态之间的意外切换。这应该说明可以将迟滞添加到比较器的原因。通过加宽磁滞窗口，上升沿和下降沿跃迁变得更加不同，并且电路可以承受更大的电压波动，而无需意外切换。

比较器输出无迟滞（左）和有迟滞（右）

可以使用瞬态分析和所涉及晶体管级的直流分析来模拟施密特触发器电路。当使用晶体管构建时，这些电路需要在饱和状态下工作，因此需要使用直流扫描来模拟负载线。瞬态分析使您可以测量输出方波的占空比，然后可以将其与反馈环路中的先前分析进行比较。

如果要设计高频施密特触发器，例如将在高GHz频率下运行的电路。这些高频模拟电路通常使用GaAs或GaN-SiC材料模型。这些类型的电路仍然是研究的活跃领域，但是这些电路可以在不使用PLL的情况下提供高GHz时钟或PWM信号。
编辑：hfy