Schmitt-Trigger 인코더

=> 슈미트 트리거는 신호 노이즈를 제거하기 위한 소자이다. 

=> Hysteresis & comparator 사용

 

1.특징

슈미트 트리거 입력은 양의 스위칭 임계값과 음의 스위칭 임계값 사이의 최소 분리를 제공하도록 설계되었다.

따라서 일반적인 CMOS 입력에서 진동 또는 과도한 전류 요구와 같은 문제를 일으킬 수 있는 노이즈가 있거나 느린 입력이 가능하다.

이러한 회로는 온도를 보상받으며 가장 느린 입력 램프에서 트리거 될 수 있으며 여전히 깨끗하고 지터가 없는 출력 신호를 제공한다.

 

Low에서 High로 신호가 변경 될 때와 High에서 Low로 변경 될 때 동작되는 전압이 달리 동작한다.

 

슈미트 트리거 인버터를 이용하여 만든 발진기는 이 전압 차이를 이용한 발진기이다.

 

2.용도

• 완전한 구형파를 만들기 위해 사용한다.
• 정현파로부터 구형파를 얻고 싶을 때 사용한다.

 

3.분석

슈미트 트리거에서 사용되는건 OP-AMP(연산 증폭기)가 아닌 Comparator이다.

 

일반적으로 슈미트 트리거는 입력을 inverting(-)단자에 사용한다.

따라서, Vin이 reference 전압보다 높으면 Comparator의 포화 전압값인 -Vee가 출력된다. -> 출력단에 인버터를 달아준다.

Comparator는 OP-amp와는 다르게 선형영역이 아닌 포화모드에서 활용한다.

즉, gain이 매우 커서 입력 양단의 전압차이가 조금만 발생해도 Vcc, -Vee값을 가진다.

 

• A의 경우 (빨간선이 threshold voltage) 조금의 변화만 발생해도 민감하게 ‘H’, ‘L’ 값으로 요동친다.
• B의 경우 (초록선 2개가 threshold voltage)가 여유 값을 가지기 때문에 노이즈가 침투해도 본래의 출력을 유지한다.

일반적으로 위에 초록 선을 upper threshold voltage, 밑에 초록 선을 Lower threshold voltage라 부른다.

그리고 초록 선 사이를 hysteresis라고 한다.

 

noninverting(+) : Vref

inverting(-)    : Vin

 

비반전 입력에 대한 positive feedback으로 인해, 출력은 양이나 음의 방향에 관계 없이 포화된다.

출력이 양으로 포화되어 있다고 가정하면 비반전 입력에는 양전압이 피드백된다. 이 양의 전압은 상위 트립점(upper trip point; UTP)이라 부른다. 

반전 입력전압이 UTP보다 작은 동안에는, 출력 전압은 양으로 포화된 상태를 유지한다.

입력전압을 천천히 상승시키면, 결국 UTP보다 더 큰 지점에 도달하게 된다. 이러한 경우에는 오차 전압이 극성을 바꾸어서, op 앰프롤 음의 포화상태로 구동한다.

출력이 음이 되면, 분압기가 음의 전압을 비반전 입력쪽으로 피드백한다. 이 음의 전압은 하위 트립점(lower trip; LTP)이라 부른다.

입력전압이 LTP보다 더 큰 동안에는 출력이 음의 포화상태를 유지한다.

출력을 변하게 하는 유일한 방법은 입력전압을 다시 LTP보다 작게 떨어뜨리는 것이다. 그러면 오차전압이 극성을 바꾸고, 출력이 양의 포화상태로 다시 바뀐다.

 

input 신호로 low threshold 보다 낮은 전압이 인가되면 출력은 high로, high threshold 보다 높은 전압이 인가되면 출력은 low가 되며, 두 개의 threshold 사이의 전압이 인가되면 그 값을 유지한다.

 

threshold가 하나인 유사한 시스템의 경우, 입력 신호에 noise가 섞여 threshold에 비슷한 전압이 인가되면 스위치를 순식간에 on/off 시킬 수 있기 때문에 두 개의 threshold를 사용하는 Schmitt Trigger가 더 안정적이다. 그러므로 사람의 손 떨림으로 인해 값이 여러번 입력되는 등의 switch noise를 제거할 수 있다.