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2012年4月16日 (月)

シュミットトリガーのはなし

シュミットトリガーとは
[Schumitt trigger ]で、出力状態によって入力のしきい値が変化する入力のことで、デジタルのトリガーする極性( Hi->Lo/Lo->Hi )によって変化するレベル(しきい値)がかわるヒステリシス特性をもつことからシュミットトリガー入力とも呼ばれている。
ハード的には
Schumitt
右図のようなシュミットインバーター 74HC14 などがその代表的なもので、デジタル信号の中でノイズがあるような信号の入力によく使われる。
 通常のCMOSゲートICではしきい値付近がアナログ的に変化する場合、ほんのわずかなノイズでしきい値を超えてしまうため、しきい値の 2.5V付近で出力に大きなノイズが出てしまう。このような場所にこのシュミットトリガー入力を使うと、一度出力が変化してしまうとしきい値が変化してさらに大きな変化をしないと出力が変化しない。この 74HC14では 入力が 0Vから 2.3V付近に上がってくると出力が 5Vから 0Vに変化します。すると今度は 出力が0Vから 5Vに変わるには 1.4V以下にならないと変わらないのです。この 0.9Vぐらいヒステリシス特性があるので、ノイズがこれ以下だったら関係なくなる訳です。
 アナログのコンパレーターでもこの特性を作ることが出来ます。簡単に右図のコンパレーターで R1=R2=10KとしてR3=1k,R4=100kとします。まず入力が0Vから上がっていく状態を考えます。このとき+入力が0V以上、-入力が 0Vなので、出力は High なので+入力端子はR1の10KとVccから R3+R4を通って電圧が加えられ、R2の 10KでGNDに落ちます。電圧Vrefは Vref =Vcc x R2÷((R1//(R3+R4))+R2) = Vcc x (10k)÷(10k//101k +10k)=Vcc x (10k÷(9k+10k))=0.53 Vcc   Vcc=5Vとして2.6Vとなります。
*R1//(R3+R4) の意味は R1と(R3+R4)の並列抵抗の意味です。
この電圧を超えると出力は反転して 0Vとなります。するとR4はこんどはGNDに接続するので、しきい値は Vref(Lo)= Vccx(R2//R4)÷(R1+R2//R4)=Vcc x (10K//100k)÷(10k+10K//100k)=Vcc x 9k÷19k =0.47 Vcc となります。 Vcc =5V とすると Vref(Lo)=2.36Vとなります。一度出力がLowになるとこの電圧まで落ちなければLowを保持しますので、約0.24V程度のヒステリシス特性になっていることがわかります。ここで、R4を変化させればこの特性を変えることが出来ます。
ソフト的には
このシュミットトリガー特性を使ってインバーター1個で発振器ができます。データーシートに書いてありますので、是非見て下さい。

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