"hysteresis อินพุต" คืออะไร?

ฉันกำลังดูแผ่นข้อมูลสำหรับวงจรดิจิตอลและระบุว่าฮิสเทรีซิสอินพุททั่วไปคือ 100 mV สิ่งนี้หมายความว่าอะไรกันแน่?

สมมติว่าคุณตรวจพบการเปลี่ยนแปลงจากน้อยไปหามากที่ 2.5 V. Hysteresis 100 mV จะหมายถึงการตรวจจับการเปลี่ยนผ่านจากต่ำไปหาสูงที่ 2.55 V และตรวจจับการเปลี่ยนผ่านจากสูงไปต่ำที่ 2.45 V, 100 mV ต่างกัน
Hysteresis ใช้เพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงหลาย ๆ ครั้งอย่างรวดเร็วหากสัญญาณอินพุตจะมีสัญญาณรบกวนเช่น เสียงรบกวนอาจหมายถึงว่าคุณผ่านเกณฑ์ 2.5 V มากกว่าหนึ่งครั้งซึ่งคุณไม่ต้องการ

Hysteresis 100 mV หมายความว่าระดับเสียงที่น้อยกว่า 100 mV จะไม่ส่งผลกระทบต่อการผ่านเกณฑ์ เกณฑ์ที่ใช้จะขึ้นอยู่กับว่าคุณไปจากต่ำไปสูง (จากนั้นเป็นเกณฑ์ที่สูงกว่า) หรือจากสูงไปหาต่ำ (จากนั้นเป็นต่ำกว่า):

แก้ไข
วิธีที่จะแสดงให้เห็นถึง hysteresis คือผ่านอีกฟังก์ชั่นการถ่ายโอนกับวงทั่วไป:

$V_{T+}$$V_{T-}$

หมายเหตุ: ฮิสเทรีซิสยังสามารถนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นนอกเหนือจากการเพิ่มภูมิคุ้มกันทางเสียง อินเวอร์เตอร์ด้านล่างมีอินพุตฮิสเทอรีซิส (ซึ่งทำให้มันเป็นตัวกระตุ้นชมิตต์ซึ่งระบุด้วยสัญลักษณ์ภายในอินเวอร์เตอร์) วงจรนี้ง่ายๆคือสิ่งที่คุณต้องการที่จะทำให้การoscillator

นี่คือวิธีการทำงาน เมื่อมันเปิดสวิตช์แรงดันของตัวเก็บประจุเป็นศูนย์ดังนั้นเอาต์พุตจะสูง (เป็นอินเวอร์เตอร์!) แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตสูงเริ่มชาร์จตัวเก็บประจุผ่าน R เมื่อแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุสูงกว่าระดับที่สูงกว่าอินเวอร์เตอร์จะเห็นว่าเป็นแรงดันสูงและเอาต์พุตจะลดลง ตัวเก็บประจุจะคายประจุไปที่เอาต์พุตต่ำผ่าน R จนกระทั่งถึงขีด จำกัด ล่าง จากนั้นอินเวอร์เตอร์จะเห็นสิ่งนี้ว่าเป็นแรงดันไฟฟ้าต่ำและทำให้เอาต์พุตสูงดังนั้นตัวเก็บประจุจึงเริ่มชาร์จอีกครั้งและสิ่งทั้งหมดก็เกิดซ้ำอีก
ความถี่ถูกกำหนดโดยค่าของตัวเก็บประจุและตัวต้านทานตามที่กำหนดในสมการ ความแตกต่างระหว่างความถี่สำหรับ HCMOS ปกติ ( HC) และเข้ากันได้กับ TTL (HCT) เป็นเพราะระดับเกณฑ์แตกต่างกันสำหรับทั้งสองส่วน

อีกสองคำตอบให้ตัวอย่างของสิ่งที่หมายถึง hysteresis ในกรณีเฉพาะที่มีทริกเกอร์ที่แยกจากกัน แต่ hysteresis มีความหมายทั่วไปมากขึ้นในโดเมนต่อเนื่องซึ่งเป็นดังต่อไปนี้:

ระบบบอกว่าจะแสดง hysteresis เมื่อการวัดที่ดำเนินการใน "ทิศทาง" หนึ่งไม่จำเป็นต้องเท่ากับการวัดของ "สิ่งเดียวกัน" ในอีกทิศทาง "

ตัวอย่างเช่นสมมติว่าคุณมีโพเทนชิออมิเตอร์ที่มีเครื่องหมายตั้งแต่ 0 ถึง 9 โพเทนชิออมิเตอร์อาจบอกว่าแสดงฮิสเทรีซิสหากเมื่อหันไปที่ "5" ในทิศทางตามเข็มนาฬิกาความต้านทานจริงจะอยู่ที่5.1kΩ ทิศทางทวนเข็มนาฬิกาความต้านทานที่แท้จริงคือ4.9kΩ ต่างจากตัวอย่างที่ไม่ต่อเนื่องอาจมีเอฟเฟกต์เดียวกันเมื่อหมุนลูกบิดเป็น "4" หรือเอฟเฟกต์อาจเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามที่ "4"!

นั่นเป็นกรณี 1 มิติ คุณสามารถจินตนาการฮิสเทรีซิสแบบ 2 มิติในกรณีของตัวอย่างเช่นเซ็นเซอร์ที่ประกอบด้วยแผ่นวัสดุที่สามารถรับรู้การยืดหรือความเครียดในสองทิศทางแบบมุมฉาก

Hysteresis ในวงจรเกิดขึ้นเมื่ออินพุตเหนือระดับหนึ่งทริกเกอร์เอาท์พุท แต่เอาต์พุตจะไม่รีเซ็ตจนกว่าอินพุตจะถึงระดับที่ต่ำกว่า ด้วยอินพุตระหว่างค่าเหล่านั้นเอาต์พุตยังคงเหมือนเดิม (สูงหรือต่ำ) ความแตกต่างระหว่างค่าอินพุตสองค่าคือ hysteresis มันมักจะเกิดขึ้นในวงจรที่มีข้อเสนอแนะในเชิงบวก ตัวอย่างของวงจรที่มีฮิสเทรีซิสคือทริกเกอร์ซมิต

สิ่งนี้มีความเกี่ยวข้องกันเป็นรูปเป็นร่าง แต่เป็นกลไกที่ไอซีสามารถให้การป้อนข้อมูลฮิสเทรีซิส อินพุตชิปบางตัวมีวงจร "pin keeper" พวกเขาสร้างการตอบรับเชิงบวกที่อ่อนแอออกจากหมุดซึ่งช่วยในการรักษาสถานะ อย่างไรก็ตามช่วง hysteresis แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความต้านทานของอินพุต การให้สัญญาณ pin-keeper โดยไม่มีอิมพิแดนซ์จะไม่มีการ hysteresis ในขณะที่ให้สัญญาณที่มีอิมพีแดนซ์สูงกว่าตัวต้านทานคำติชมจะหมายความว่ามันไม่สามารถเปลี่ยนสถานะได้เลย

ดัดแปลงจากแผ่นข้อมูล Atmel CPLD

หากคุณเคยมีหนึ่งในห้องโถงแสงกลางคืนสิ่งที่คุณเสียบในซ็อกเก็ตผนังที่มีเซ็นเซอร์แสงเมื่อมันได้รับความมืดมันจะเปิดไฟ แต่แสงของตัวเองปิดไฟแล้วมันจะมืดและมันจะเปลี่ยน แสงบน แต่มันเร็วอย่างที่มันแค่สะบัดสามารถปวดหัวชักนำให้คนบางคน

ตอนนี้คิดถึงเทอร์โมสแตทสำหรับบ้านของคุณ ลองนึกภาพถ้ามันวางไม่ดีในทิศทางเดียวกับช่องระบายอากาศ คุณตั้งค่าอุณหภูมิไว้ที่ 72 องศาแล้ว ลองจินตนาการว่าเมื่อมันอ่าน 73 มันจะเปิด A / C แต่ทันทีที่ A / C เปิดมันมันจะทำให้มันเย็นลงในช่วง 72 และปิดมัน ไม่เร็วเท่าแสงกลางคืนเซ็นเซอร์วัดแสง แต่ไม่ใช่การออกแบบที่ยอดเยี่ยม แต่สิ่งที่คุณจะเห็นคือเทอร์โมสแตทหรืออย่างน้อยก็วางไว้ดีกว่าเมื่อมันเปลี่ยนจาก 72 เป็น 73 มันจะเปิด A / C แต่จะไม่ปิดจนกว่าจะลดลงเป็น 72 จากนั้นลดลงต่ำกว่า 72 เป็น 71 การถูกวางไว้อย่างดีมวลของอากาศอุ่นจะต้องดันเข้าไปในบ้านจนกระทั่งมวลของอากาศเย็นถึงเทอร์โมสตัทจนถึงจุดที่ปิดเครื่องปรับอากาศ แทนที่จะเปิดและปิดอย่างรวดเร็วเปิดปิดเพื่อไปยังรอบสามารถครึ่งชั่วโมงหรือมากกว่า มีประสิทธิภาพมากขึ้น ในกรณีนี้ฮิสเทอรีซิสเป็นทั้งองศาสวิตช์เปิดอยู่ที่ขอบเขตระหว่าง 72 และ 73 องศาและอุณหภูมิปิดสวิตช์อยู่ที่ขอบเขตระหว่าง 72 และ 71 องศา

มีปัญหาหลายอย่างที่การออกแบบต้องการให้มีฮิสเทรีซีสสวิตช์เปิดอยู่ที่ระดับหนึ่งและสวิตช์ปิดอีกระดับ โดยเฉพาะเพื่อหลีกเลี่ยงความผันผวนบางอย่างเกี่ยวกับจุดสวิทช์เดียว

บางครั้งคุณอาจจบลงด้วยการ hysteresis เมื่อคุณไม่ต้องการมันเช่นพวงมาลัยบนรถรุ่นเก่าคุณอาจต้องหมุนพวงมาลัยหนึ่งหรือสองนิ้วไปทางซ้ายของศูนย์เพื่อให้ล้อเริ่มเลี้ยวซ้ายแล้ว เดินทางผ่านจุดที่ตายไปประมาณหนึ่งหรือสองนิ้วทางด้านขวาของศูนย์เพื่อให้ล้อหมุนไปทางขวา คุณสามารถเลื้อยล้อระหว่างจุดสองจุดเหล่านี้และไม่มีอะไรเกิดขึ้น

ประเด็นหนึ่งที่ยังไม่ได้กล่าวถึงเกี่ยวกับ hysteresis: วงจรใดก็ตามที่มี hysteresis มีความเป็นไปได้ที่จะแสดง metastability บนขอบที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง (วงจรอาจถูกออกแบบมาเพื่อกำจัดความน่าจะเป็นของ metastability ในทิศทางเดียว . ตัวอย่างเช่นหากอินพุตถูกออกแบบให้สลับสูงที่ 2.10 โวลต์และต่ำที่ 2.00 โวลต์อย่างใดอย่างหนึ่งสามารถคิดได้ดีว่าถ้าอินพุตไปที่ 2.15 โวลต์ก็จะถือว่าสูงจนกว่ามันจะต่ำกว่า 2.00 โวลต์ อย่างไรก็ตามหากอินพุตไปที่ 2.10 โวลต์อย่างแม่นยำแล้วลงไปที่ 2.05 เป็นไปได้ว่าค่าที่ลงทะเบียนอาจไม่สูงไปสูงและอยู่สูงขึ้นไปสูงและต่ำไปหรือแม้แต่เริ่มสุ่มสูงและต่ำจน เวลาที่อินพุตสูงกว่า 2.10 หรือต่ำกว่า 2.00 โวลต์

มีหลายวิธีในการลดความเสี่ยงของประตูเข้าสู่สภาวะที่แพร่กระจายได้ แต่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงความเป็นไปได้ทั้งหมด เราสามารถมีเอาต์พุตสามสถานะด้วย "clean high", "clean low" และ "ไม่แน่นอน" และรับประกันว่าหาก "clean high" ถูกกล่าวหา "clean low" ไม่สามารถยืนยันได้หากอินพุตต่ำกว่า 2.0 โวลต์และเช่นเดียวกันหาก "clean low" ถูกยืนยันว่า "clean high" ไม่สามารถยืนยันได้จนกว่าอินพุตจะเพิ่มสูงกว่า 2.10 volts น่าเสียดายที่ไม่มีวิธีการป้องกันการแกว่งระหว่าง "clean high" และ "ไม่แน่ใจ" หรือระหว่าง "clean low" และ "ไม่แน่ใจ" หนึ่งสามารถลองสลักสัญญาณ "clean high" และ "clean low" แต่มี '