【模数电路】施密特触发器(Schmitt Trigger)【转载】

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前言

　　单片机读取I/O引脚电平的高低，需要经过一个施密特触发器，电压信号则会被转化为0或1存储在输入数据寄存器中。所以，施密特触发器可将模拟信号转化为高低电平（方波信号）。

　　虽然电压比较器也能实现模拟信号到高低电平的转换，但单片机的引脚不能接入电压比较器，原因在于，噪声使实际电压波形不再平滑，输入电压总是频繁地波动。当输入电压接近参考电压时，电压比较器就会频繁输出高低电平：

　　为解决电压波动问题，人们为电压比较器增加了外围电路，构成迟滞比较器，也即施密特触发器。

工作原理

　　施密特触发器有两个参考电压，分别为高参考电压Vr1和低参考电压Vr2。

　　输入电平Vi超过参考电平Vr1后，施密特触发器输出低电平，同时参考电平会自动略微下降一些到Vr2，（Vr2<Vr1），这样即使输入电平Vi存在一定的波动，只要Vi高于Vr2,

施密特触发器的输出电平就会维持在低电平状态，以此防止输入电平波动导致输出电平频繁跳变。

　　最开始，输入电压等于0V，而V+ > V-，所以最开始输出的是高电平，几乎等于VCC(5V)。

　　此时，R3可看作与R1并联，然后再和R2串联。根据串联分压原理，此时的参考电压（高参考电压）为：

　　只有当输入电压高于2.6V时，输出电压才会翻转为低电平。

　　当输出电平翻转为低电平后，比较器的输出为0V，此时R3与R2并联，根据串联分压原理，此时的参考电压（低参考电压）为：

 　　只有当输入电压小于2.4V时，输出电压才会翻转为高电平。

　　本质上，施密特触发器也只有一个参考电压，只不过其在不同时刻有不同的值。

　　噪声的存在使输入电压有较小的波动，但是参考电压的波动幅度比噪声的幅度大得多，这样就能消除电压噪声给比较器带来的频繁波动了。

　　若想防止输出跳变可以给输入增加一个电容滤掉高频杂波即可。

　　但由于电容的存在会导致响应迟滞，而且电容参数需要根据杂波特征调整否则可能达不到效果（比如容值太小对较低频噪声的抗性不好）。这么一想施密特触发器确实要合适得多，泛用而且简洁，非常巧妙的设计。

　　电容的终极问题就是没法完全和即时的消除杂波，因为不可能做一个无限级的滤波来消噪。现实中的电容无论如何都只能是因果滤波器。它的输出必然是有迟滞的。