迟滞电压比较器电路的相关计算
比较器电路应该很多人用过，网上一查也很多资料，比较器电路用得最多的应该还是迟滞电压比较器电路，那今天来聊聊我对迟滞电压比较器电路的理解吧，主要分为以下几个方面：
1、迟滞电压比较器电路的工作原理
2、专用迟滞电压比较器和运放搭建的迟滞电压比较器的差别
3、迟滞电压比较器的计算公式推导
1、迟滞电压比较器的工作原理
如下图，是常见同相迟滞电压比较器电电路，右边是其电压传输特性。
电压传输特性说明：
1、输入上升阶段：需要Vin>VH，输出电压才能翻转（输出从0翻转到高电压）
2、输入下降阶段：需要Vin<VL，输出电压才能翻转（输出从高电压翻转到0）
从特性曲线我们可以看到，输出电压翻转的两个方向的阈值并不相同，这个区间的存在，可以抑制输入噪声干扰/输入信号抖动带来的影响，避免因为输入端信号抖动较大，导致输出端信号也反复来回的切换。
那这个电路是怎么做到这一点的呢？
我们先来定性分析下，可以看到，电路的输出端是通过R2电阻接到的芯片的正相输入端，也就是说反馈是接到正相端的，是正反馈电路。
为什么提正反馈呢？
这是因为，我们有时候为了低成本设计，使用放大器搭建迟滞电压比较器电路，而没有用专用的比较器放大器。而使用运放的时候，我们会经常使用“虚短”和“虚断”来分析电路。这个时候需要注意，正反馈就没有“虚短”的概念了，因为“虚短”的成立，是建立在电路工作在负反馈的情况下，整个电路工作在线性区。
那这个电路怎么分析呢？
我们可以这样理解，运放和比较器的开环增益都非常大，那么当运放/比较器的两个输入端只要满足 V+ > V-，那么Vout 就输出高。反之，如果V+ < V-，那么Vout输出低，我们记住这个前提。
a、我们假设刚开始Vin=0，那么Vout也为0，这个时候我们让输入Vin的值不断增大，可以知道，当Vin增大到一定值VH，V+ = V-，如果Vin再继续增大一点点，就会满足V+ > V-，这个时候Vout就会输出高。也即是说输出Vout从0到高电平翻转时，其输入Vin电压需要达到阈值VH（严格来说，是大于VH一丢丢）。
b、Vout电压从0变成高之后，因为Vout通过电阻R2接到了运放/比较器的V+，也就是正反馈，这会让V+进一步增大，V+ 大于V-更多，所以输出维持高电平。因此，这个时候要想让Vout重新输出0，那就需要Vin比原来的VH更低，对应于上图的VL。即输出Vout 从高电平到0翻转时，其输入Vin电压需要达到阈值VL（严格来说，是小于VL一丢丢）。
以上就是同相迟滞电压比较器的工作原理介绍，反相迟滞电压比较器原理类似，就不再写一遍了，下面来看具体的电路设计与计算。
先来看同相迟滞电压比较器的电路设计以及各个电阻的取值吧。
2、同相迟滞电压比较器的设计及计算
电路图上面其实已经给出来了，我再放一下吧，如下图所示。
这里需要关注下电阻R3，需要根据选用的比较器/运放芯片的型号来决定是否要加上。因为有些比较器的输出是开漏输出的，如果没有上拉电阻，输出是无法输出高的。
以Ti的比较器LM393为例，其就是开漏输出的，所以输出必须要要接上拉电阻Rpullup
以Ti的比较器TLV3201为例，其输出本身就是推挽输出，因此外部就不需要上拉电阻，如下图所示：
同样的，如果我们用集成运放来替代比较器芯片，也是可以不要上拉电阻的。这一点很容易想明白，正常运放即使没有上拉电阻，也是可以输出对应的高电压的，其相当于是推挽输出，比如下方的TI的运放芯片LM358。
为什么我这里专门提示这个电阻R3呢？这是因为这里只要稍一不注意，要接的时候没接，就容易出现功能异常，只能改板了。
相对来说，需要接上拉电阻的时候，电路设计计算起来就更复杂，那么我们就直接来算开漏输出比较器的电路吧。
设计一个电路，我们总归有一些已知条件。
一般来说，我们用到迟滞电压比较器的时候，总归知道自己的运放电路的供电电源电压，输出端上拉电阻接的电源电压，还有自己希望的两个触发阈值电压VH和VL，针对这些条件，我们先设置下初始上拉电阻R3，分压电阻R5，还有初步设置一个反馈电阻R2。据此，我们可以求得电阻R1和R4，这样，我们的电路各个器件就都明确了。
上面的题目简化下就是下图：
下面就来详细介绍下如何求解R1和R4。
a、由工作原理图可知，当Vout初始电压为0时，如果Vin电压等于VH，此时比较器的同相输入端V+=VTH，因此有了下面的公式：
b、同样由工作原理可知，当Vout初始电压为高时，如果输入电压为VL，那么此时比较器的同相输入端V+=VTH，因此我们又有下面的公式：
c、上面2步，我们有2个公式，2个变量，因此最终可以求得R1如下所示：
上面引入了系数a，b，c，这是因为如果不引入，最后R1的等式非常的复杂，因此只是为了简化。
d、比较器的输入阻抗都非常大，可以看作是断路，所以比较器的负相端V-的电压就是固定的，不论Vout电压是多少，Vth就是Vref在电阻R5上的分压，因此我们有了公式：Vth=Vref*R5/（R4+R5）；再结合步骤c中的公式，我们就可以求得R4了，过程如下：
同相比较器电路，知道了具体的电路，如何计算上下门限VL和VH？
以上是我们知道VL和VH情况下，计算各个电阻值应该取多少。但有时我们已经知道了电路图，需要计算VL和VH，比如这个场景：我们刚刚到新公司时，有了现成的电路图，需要理解并检查电路，这个时候我们就需要知道VL和VH是多少了。简化下题目如下：
具体求解过程如下图：
小结下，以上两种已知条件下，求解公式汇总如下图：
至此，同相比较器我们已经分析完了，下面来看下反相迟滞电压比较器的设计及计算
3、反相迟滞电压比较器的设计与计算
反相迟滞电压比较器典型电路如下图：
同样的，当我们想设定两个门限电压VL和VH，那么电阻该如何取值呢？
求解过程如下图：
同样有另外一个问题，反相比较器电路，知道了具体的电路，如何计算上下门限VL和VH？
求解过程如下：
至此，我们将同相和反相迟滞电压比较器电路的计算公式都推导出来了。公式看着有点复杂，不过也不用担心麻烦，我已经将相关计算公式放到了我的app“硬件工程师炼成之路开发助手里面”。
除此之外，App助手上面也更新了前一段时间推导的MOS管功耗计算的公式，效果如下图：
