Εισαγωγή στο Schmitt Trigger

Σχεδόν κάθε ψηφιακό κύκλωμα που χρησιμοποιείται στις σύγχρονες επικοινωνίες δεδομένων υψηλής ταχύτητας χρειάζεται κάποια μορφή ενεργοποίησης Schmitt στις εισόδους του.

Γιατί χρησιμοποιείται το Schmitt Trigger

Ο κύριος σκοπός μιας σκανδάλης Schmitt εδώ είναι να εξαλείψει τον θόρυβο και τις παρεμβολές στις γραμμές δεδομένων και να προσφέρει μια ωραία καθαρή ψηφιακή έξοδο με γρήγορες μεταβάσεις.

Οι χρόνοι ανόδου και πτώσης πρέπει να είναι αρκετά χαμηλοί σε μια ψηφιακή έξοδο ώστε να μπορεί να εφαρμοστεί ως είσοδος στα ακόλουθα στάδια σε ένα κύκλωμα. (Πολλά IC έχουν περιορισμούς στον τύπο της μετάβασης ακμής που μπορεί να εμφανιστεί σε μια είσοδο.)

Το κύριο πλεονέκτημα του Schmitt ενεργοποιεί εδώ είναι ότι καθαρίζουν θορυβώδη σήματα διατηρώντας παράλληλα υψηλό ρυθμό ροής δεδομένων, σε αντίθεση με τα φίλτρα, τα οποία μπορούν να φιλτράρουν τον θόρυβο, αλλά επιβραδύνουν σημαντικά το ρυθμό δεδομένων.

Οι σκανδάλη Schmitt βρίσκονται επίσης συνήθως σε κυκλώματα που χρειάζονται κυματομορφή με μεταβάσεις αργής άκρης για να μεταφραστούν σε ψηφιακή κυματομορφή με γρήγορες, καθαρές μεταβάσεις άκρων.

Μια σκανδάλη Schmitt μπορεί να μετατρέψει σχεδόν οποιαδήποτε αναλογική κυματομορφή - όπως ημιτονοειδές κύμα ή κυματομορφή πριονιδιού - σε ψηφιακό σήμα ON-OFF με μεταβάσεις γρήγορης ακμής. Οι ενεργοποιητές Schmitt είναι ενεργές ψηφιακές συσκευές με μία είσοδο και μία έξοδο, όπως buffer ή inverter.

Υπό λειτουργία, η ψηφιακή έξοδος μπορεί να είναι υψηλή ή χαμηλή, και αυτή η έξοδος αλλάζει κατάσταση μόνο όταν η τάση εισόδου της υπερβαίνει ή κάτω από δύο προκαθορισμένα όρια τάσης κατωφλίου. Εάν η έξοδος τυχαίνει να είναι χαμηλή, η έξοδος δεν θα αλλάξει σε υψηλή, εκτός εάν το σήμα εισόδου υπερβαίνει ένα ορισμένο ανώτερο όριο.

Ομοίως, εάν η έξοδος τυχαίνει να είναι υψηλή, η έξοδος δεν θα αλλάξει σε χαμηλή έως ότου το σήμα εισόδου πέσει κάτω από ένα ορισμένο κατώτερο όριο.

Το κατώτερο όριο είναι κάπως χαμηλότερο από το ανώτερο όριο. Οποιοδήποτε είδος κυματομορφής μπορεί να εφαρμοστεί στην είσοδο (ημιτονοειδή κύματα, πριόνια, ακουστικές κυματομορφές, παλμοί κ.λπ.) αρκεί το εύρος της να βρίσκεται εντός του εύρους τάσης λειτουργίας.

Diagarm για να εξηγήσει τον Schmitt Trigger

Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει την υστέρηση που προκύπτει από τις τιμές κατωφλίου τάσης εισόδου άνω και κάτω. Κάθε φορά που η είσοδος είναι πάνω από το ανώτατο όριο, η έξοδος είναι υψηλή.

Όταν η είσοδος είναι κάτω από το κατώτερο όριο, η έξοδος είναι χαμηλή, και όταν η τάση σήματος εισόδου συμβαίνει μεταξύ των ανώτερων και κατώτατων ορίων κατωφλίου, η έξοδος διατηρεί την προηγούμενη τιμή της, η οποία μπορεί να είναι είτε υψηλή είτε χαμηλή.

Η απόσταση μεταξύ του κατώτερου κατωφλίου και του ανώτερου ορίου ονομάζεται κενό υστέρησης. Η έξοδος διατηρεί πάντα την προηγούμενη κατάστασή της έως ότου η είσοδος αλλάξει επαρκώς για να την προκαλέσει να αλλάξει. Αυτός είναι ο λόγος για την ονομασία 'trigger' στο όνομα.

Η σκανδάλη Schmitt λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως ένα bistable latch circuit ή ένα bistable multivibrator, καθώς έχει εσωτερική μνήμη 1 bit και αλλάζει την κατάστασή της ανάλογα με τις συνθήκες σκανδάλης.

Χρήση της σειράς IC 74XX για τη λειτουργία Schmitt Trigger

Η Texas Instruments παρέχει λειτουργίες ενεργοποίησης Schmitt σε όλες σχεδόν τις οικογένειες τεχνολογίας, από την παλιά οικογένεια 74XX έως την τελευταία οικογένεια AUP1T.

Αυτά τα IC μπορούν να συσκευαστούν είτε με μια σκανδάλη αντιστροφής ή μη αναστροφής. Οι περισσότερες συσκευές σκανδάλης Schmitt, όπως το 74HC14, έχουν επίπεδα κατωφλίου σε σταθερή αναλογία Vcc.

Αυτό μπορεί να είναι κατάλληλο για τις περισσότερες εφαρμογές, αλλά μερικές φορές τα επίπεδα κατωφλίου πρέπει να αλλάξουν ανάλογα με τις συνθήκες σήματος εισόδου.

Για παράδειγμα, το εύρος σήματος εισόδου μπορεί να είναι μικρότερο από το σταθερό κενό υστέρησης. Τα επίπεδα κατωφλίου μπορούν να αλλάξουν σε IC όπως το 74HC14 συνδέοντας μια αντίσταση αρνητικής ανάδρασης από την έξοδο στην είσοδο μαζί με μια άλλη αντίσταση που συνδέει το σήμα εισόδου με την είσοδο της συσκευής.

Αυτό παρέχει τη θετική ανατροφοδότηση που απαιτείται για την υστέρηση και το κενό υστέρησης μπορεί τώρα να ρυθμιστεί αλλάζοντας τις τιμές των δύο προστιθέμενων αντιστάσεων ή χρησιμοποιώντας ποτενσιόμετρο. Οι αντιστάσεις πρέπει να έχουν μεγάλη αξία για να διατηρούν την αντίσταση εισόδου σε υψηλό επίπεδο.

Μια σκανδάλη Schmitt είναι μια απλή ιδέα, αλλά δεν εφευρέθηκε μέχρι το 1934, ενώ ένας Αμερικανός επιστήμονας με το όνομα Otto H. Schmitt ήταν ακόμα μεταπτυχιακός φοιτητής.

Σχετικά με τον Otto H. Schmitt

Δεν ήταν ηλεκτρολόγος μηχανικός, καθώς οι σπουδές του επικεντρώθηκαν στη βιολογική μηχανική και τη βιοφυσική. Ήρθε με την ιδέα μιας σκανδάλης Schmitt καθώς προσπαθούσε να κατασκευάσει μια συσκευή που θα αναπαράγει τον μηχανισμό της διάδοσης νευρικών παλμών στα νεύρα των καλαμαριών.

Η διατριβή του περιγράφει μια «θερμική ιονική σκανδάλη» που επιτρέπει τη μετατροπή ενός αναλογικού σήματος σε ψηφιακό σήμα, το οποίο είναι είτε πλήρες ενεργοποιημένο είτε απενεργοποιημένο («1» ή «0»).

Λίγο ήξερε ότι μεγάλες εταιρείες ηλεκτρονικών όπως η Microsoft, η Texas Instruments και οι ημιαγωγοί NXP δεν θα μπορούσαν να υπάρχουν όπως είναι σήμερα χωρίς αυτή τη μοναδική εφεύρεση.

Η σκανδάλη Schmitt αποδείχθηκε τόσο σημαντική εφεύρεση που χρησιμοποιείται στους μηχανισμούς εισόδου σχεδόν κάθε ψηφιακής ηλεκτρονικής συσκευής στην αγορά.

Τι είναι το Schmitt Trigger

Η έννοια της σκανδάλης Schmitt βασίζεται στην ιδέα της θετικής ανάδρασης και στο γεγονός ότι οποιοδήποτε ενεργό κύκλωμα ή συσκευή μπορεί να λειτουργήσει σαν σκανδάλη Schmitt εφαρμόζοντας τη θετική ανάδραση έτσι ώστε το κέρδος βρόχου να είναι μεγαλύτερο από ένα.

Η τάση εξόδου της ενεργής συσκευής ελαττώνεται με καθορισμένο ποσό και εφαρμόζεται ως θετική ανάδραση στην είσοδο, η οποία προσθέτει αποτελεσματικά το σήμα εισόδου στην εξασθενημένη τάση εξόδου. Αυτό δημιουργεί μια ενέργεια υστέρησης με τιμές κατωφλίου τάσης εισόδου άνω και κάτω.

Τα περισσότερα από τα τυπικά buffer, μετατροπείς και συγκριτές χρησιμοποιούν μόνο μία τιμή κατωφλίου. Η έξοδος αλλάζει κατάσταση μόλις η κυματομορφή εισόδου διασχίσει αυτό το κατώφλι προς οποιαδήποτε κατεύθυνση.

Πώς λειτουργεί το Schmitt Trigger

Ένα σήμα θορύβου εισόδου ή ένα σήμα με αργή κυματομορφή θα εμφανιστεί στην έξοδο ως μια σειρά παλμών θορύβου.

Μια σκανδάλη Schmitt το καθαρίζει - αφού η κατάσταση εξόδου αλλάξει καθώς η είσοδος της διασχίζει ένα κατώφλι, το ίδιο το κατώφλι αλλάζει επίσης, οπότε τώρα η τάση εισόδου πρέπει να κινηθεί μακρύτερα προς την αντίθετη κατεύθυνση για να αλλάξει ξανά την κατάσταση.

Ο θόρυβος ή η παρεμβολή στην είσοδο δεν θα εμφανίζονταν στην έξοδο, εκτός εάν το πλάτος του είναι μεγαλύτερο από τη διαφορά μεταξύ των δύο τιμών κατωφλίου.

Οποιοδήποτε αναλογικό σήμα, όπως ημιτονοειδείς κυματομορφές ή ηχητικά σήματα, μπορεί να μεταφραστεί σε μια σειρά παλμών ON-OFF με γρήγορες, καθαρές μεταβάσεις άκρων. Υπάρχουν τρεις μέθοδοι εφαρμογής της θετικής ανάδρασης για να σχηματιστεί ένα κύκλωμα ενεργοποίησης Schmitt.

Πώς λειτουργεί η ανατροφοδότηση στο Schmitt Trigger

Στην πρώτη διαμόρφωση, η ανάδραση προστίθεται απευθείας στην τάση εισόδου, οπότε η τάση πρέπει να μετατοπιστεί κατά μεγαλύτερη ποσότητα προς την αντίθετη κατεύθυνση για να προκαλέσει μια άλλη αλλαγή στην έξοδο.

Αυτό είναι συνήθως γνωστό ως παράλληλη θετική ανατροφοδότηση.

Στη δεύτερη διαμόρφωση, η ανάδραση αφαιρείται από την τάση κατωφλίου, η οποία έχει το ίδιο αποτέλεσμα με την προσθήκη ανατροφοδότησης στην τάση εισόδου.

Αυτό σχηματίζει ένα κύκλωμα θετικής ανατροφοδότησης σειράς και μερικές φορές ονομάζεται δυναμικό κύκλωμα κατωφλίου. Ένα δίκτυο αντιστάτη-διαχωριστή ορίζει συνήθως την τάση κατωφλίου, η οποία είναι μέρος του σταδίου εισόδου.

Τα δύο πρώτα κυκλώματα μπορούν εύκολα να εφαρμοστούν μέσω της χρήσης ενός απλού ή δύο τρανζίστορ μαζί με μερικές αντιστάσεις. Η τρίτη τεχνική είναι λίγο πιο περίπλοκη και διαφέρει στο ότι δεν έχει σχόλια για κανένα μέρος του σταδίου εισαγωγής.

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί δύο ξεχωριστούς συγκριτές για τις δύο οριακές τιμές κατωφλίου και ένα flip-flop ως στοιχείο μνήμης 1 bit. Δεν υπάρχει θετική ανατροφοδότηση για τους συγκριτές, καθώς περιέχονται στο στοιχείο μνήμης. Κάθε μία από αυτές τις τρεις μεθόδους εξηγείται λεπτομερέστερα στις ακόλουθες παραγράφους.

Όλοι οι ενεργοποιητές Schmitt είναι ενεργές συσκευές που βασίζονται σε θετικά σχόλια για να επιτύχουν τη δράση υστέρησης. Η έξοδος πηγαίνει στο «υψηλό» κάθε φορά που η είσοδος αυξάνεται πάνω από ένα ορισμένο προκαθορισμένο ανώτατο όριο και πηγαίνει στο «χαμηλό» κάθε φορά που η είσοδος πέφτει κάτω από ένα κατώτερο όριο.

Η έξοδος διατηρεί την προηγούμενη τιμή της (χαμηλή ή υψηλή), όταν η είσοδος βρίσκεται μεταξύ των δύο ορίων κατωφλίου.

Αυτός ο τύπος κυκλώματος χρησιμοποιείται συχνά για τον καθαρισμό θορύβων σημάτων και τη μετατροπή μιας αναλογικής κυματομορφής σε ψηφιακή κυματομορφή (1 και 0) με καθαρές, γρήγορες μεταβάσεις.

Τύποι ανατροφοδότησης στα κυκλώματα ενεργοποίησης Schmitt

Υπάρχουν τρεις μέθοδοι που χρησιμοποιούνται συνήθως για την εφαρμογή θετικών ανατροφοδοτήσεων για το σχηματισμό ενός κυκλώματος ενεργοποίησης Schmitt. Αυτές οι μέθοδοι είναι Parallel Feedback, Series Feedback και Internal Feedback και συζητούνται ως εξής.

Οι τεχνικές παράλληλης και ανάδρασης σειρών είναι στην πραγματικότητα διπλές εκδόσεις του ίδιου τύπου κυκλώματος ανατροφοδότησης. Parallel Feedback Ένα παράλληλο κύκλωμα ανάδρασης καλείται μερικές φορές ένα τροποποιημένο κύκλωμα τάσης εισόδου.

Σε αυτό το κύκλωμα, η ανάδραση προστίθεται απευθείας στην τάση εισόδου και δεν επηρεάζει την τάση κατωφλίου. Καθώς η ανατροφοδότηση προστίθεται στην είσοδο όταν η έξοδος αλλάζει κατάσταση, η τάση εισόδου πρέπει να μετατοπιστεί κατά μεγαλύτερη ποσότητα προς την αντίθετη κατεύθυνση για να προκαλέσει περαιτέρω αλλαγή στην έξοδο.

Εάν η έξοδος είναι χαμηλή, και το σήμα εισόδου αυξάνεται στο σημείο που διασχίζει την τάση κατωφλίου και η έξοδος αλλάζει σε υψηλή.

Μέρος αυτής της εξόδου εφαρμόζεται απευθείας στην είσοδο μέσω ενός βρόχου ανάδρασης, ο οποίος 'βοηθά' την τάση εξόδου να παραμείνει στη νέα του κατάσταση.

Αυτό αυξάνει αποτελεσματικά την τάση εισόδου, η οποία έχει το ίδιο αποτέλεσμα με τη μείωση της οριακής τάσης.

Η ίδια η τάση κατωφλίου δεν αλλάζει, αλλά η είσοδος πρέπει τώρα να κινηθεί πιο μακριά προς την κατεύθυνση προς τα κάτω για να αλλάξει την έξοδο σε χαμηλή κατάσταση. Μόλις η έξοδος είναι χαμηλή, αυτή η ίδια διαδικασία επαναλαμβάνεται για να επιστρέψει στην υψηλή κατάσταση.

Αυτό το κύκλωμα δεν χρειάζεται να χρησιμοποιεί έναν διαφορικό ενισχυτή, καθώς οποιοσδήποτε απλός ενισχυτής ενός άκρου θα λειτουργήσει.

Τόσο το σήμα εισόδου όσο και η ανατροφοδότηση εξόδου εφαρμόζονται στη μη αναστρέψιμη είσοδο του ενισχυτή μέσω αντιστάσεων και αυτές οι δύο αντιστάσεις σχηματίζουν ένα σταθμισμένο παράλληλο καλοκαίρι. Εάν υπάρχει είσοδος αντιστροφής, ρυθμίζεται σε σταθερή τάση αναφοράς.

Παραδείγματα κυκλωμάτων παράλληλης ανάδρασης είναι ένα κύκλωμα σκανδάλης συζευγμένου με βάση συλλέκτη Schmitt ή ένα κύκλωμα op-amp που δεν αναστρέφει, όπως φαίνεται:

Σχόλια σειράς

Ένα δυναμικό κύκλωμα κατωφλίου (σειρά ανάδρασης) λειτουργεί ουσιαστικά με τον ίδιο τρόπο όπως ένα παράλληλο κύκλωμα ανάδρασης, εκτός από το ότι η ανάδραση από την έξοδο αλλάζει άμεσα την τάση κατωφλίου αντί της τάσης εισόδου.

Η ανάδραση αφαιρείται από την τάση κατωφλίου, η οποία έχει το ίδιο αποτέλεσμα με την προσθήκη ανατροφοδότησης στην τάση εισόδου. Μόλις η είσοδος υπερβεί το όριο τάσης κατωφλίου, η τάση κατωφλίου αλλάζει στην αντίθετη τιμή.

Η είσοδος πρέπει τώρα να αλλάξει σε μεγαλύτερο βαθμό στην αντίθετη κατεύθυνση για να αλλάξει ξανά την κατάσταση εξόδου. Η έξοδος απομονώνεται από την τάση εισόδου και επηρεάζει μόνο την κατώτατη τάση.

Επομένως, η αντίσταση εισόδου μπορεί να γίνει πολύ υψηλότερη για αυτό το κύκλωμα σειράς σε σύγκριση με ένα παράλληλο κύκλωμα. Αυτό το κύκλωμα βασίζεται συνήθως σε έναν διαφορικό ενισχυτή όπου η είσοδος συνδέεται με την αντίστροφη είσοδο και η έξοδος συνδέεται με τη μη αναστρέψιμη είσοδο μέσω ενός διαιρέτη τάσης αντίστασης.

Ο διαχωριστής τάσης ορίζει τις τιμές κατωφλίου και ο βρόχος λειτουργεί σαν μια σειρά τάσης το καλοκαίρι. Παραδείγματα αυτού του τύπου είναι η κλασική σκανδάλη Schmitt που συνδέεται με εκπομπούς τρανζίστορ και ένα κύκλωμα op-amp αντιστροφής, όπως φαίνεται εδώ:

Εσωτερικά σχόλια

Σε αυτήν τη διαμόρφωση, δημιουργείται μια σκανδάλη Schmitt χρησιμοποιώντας δύο ξεχωριστούς συγκριτές (χωρίς υστέρηση) για τα δύο όρια.

Οι έξοδοι αυτών των συγκριτών συνδέονται με το σετ και επαναφορά εισόδων ενός RS flip-flop. Τα θετικά σχόλια περιέχονται στο flip-flop, οπότε δεν υπάρχουν σχόλια στους συγκριτές. Η έξοδος του RS flip-flop εναλλάσσεται ψηλά όταν η είσοδος πηγαίνει πάνω από το ανώτατο όριο και εναλλαγή χαμηλή όταν η είσοδος πηγαίνει κάτω από το κάτω όριο.

Όταν η είσοδος βρίσκεται μεταξύ άνω και κάτω ορίων, η έξοδος διατηρεί την προηγούμενη κατάστασή της. Ένα παράδειγμα μιας συσκευής που χρησιμοποιεί αυτήν την τεχνική είναι το 74HC14 της NXP Semiconductors και της Texas Instruments.

Αυτό το μέρος αποτελείται από ένα συγκριτικό ανώτατου ορίου και ένα συγκριτικό κατώτατου ορίου, τα οποία χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση και την επαναφορά ενός RS flip-flop. Η σκανδάλη 74HC14 Schmitt είναι μία από τις πιο δημοφιλείς συσκευές για διασύνδεση σημάτων πραγματικού κόσμου με ψηφιακά ηλεκτρονικά.

Τα δύο όρια κατωφλίου σε αυτήν τη συσκευή ορίζονται σε σταθερή αναλογία Vcc. Αυτό ελαχιστοποιεί τον αριθμό εξαρτημάτων και διατηρεί το κύκλωμα απλό, αλλά μερικές φορές τα επίπεδα κατωφλίου πρέπει να αλλάξουν για διαφορετικά είδη συνθηκών σήματος εισόδου.

Για παράδειγμα, το εύρος σήματος εισόδου μπορεί να είναι μικρότερο από το σταθερό εύρος τάσης υστέρησης. Τα επίπεδα κατωφλίου μπορούν να αλλάξουν στο 74HC14 συνδέοντας μια αντίσταση αρνητικής ανάδρασης από την έξοδο στην είσοδο και μια άλλη αντίσταση που συνδέει το σήμα εισόδου στην είσοδο.

Αυτό μειώνει αποτελεσματικά το σταθερό 30% θετικό σχόλιο σε κάποια χαμηλότερη τιμή, όπως το 15%. Είναι σημαντικό να χρησιμοποιήσετε αντιστάσεις υψηλής αξίας για αυτό (εύρος Mega-Ohm) για να διατηρήσετε την αντίσταση εισόδου υψηλή.

Πλεονεκτήματα του Schmitt trigger

Το Schmitt triggers εξυπηρετεί έναν σκοπό σε οποιοδήποτε είδος συστήματος επικοινωνίας δεδομένων υψηλής ταχύτητας με κάποια μορφή επεξεργασίας ψηφιακού σήματος. Στην πραγματικότητα, εξυπηρετούν έναν διπλό σκοπό: τον καθαρισμό του θορύβου και των παρεμβολών στις γραμμές δεδομένων διατηρώντας παράλληλα έναν υψηλό ρυθμό ροής δεδομένων και τη μετατροπή μιας τυχαίας αναλογικής κυματομορφής σε ψηφιακή κυματομορφή ON-OFF με γρήγορες, καθαρές μεταβάσεις άκρων.

Αυτό παρέχει ένα πλεονέκτημα έναντι των φίλτρων, τα οποία μπορούν να φιλτράρουν τον θόρυβο, αλλά επιβραδύνουν σημαντικά το ρυθμό δεδομένων λόγω του περιορισμένου εύρους ζώνης τους. Επίσης, τα τυπικά φίλτρα δεν είναι σε θέση να παρέχουν μια ωραία, καθαρή ψηφιακή έξοδο με μεταβάσεις γρήγορης ακμής όταν εφαρμόζεται μια αργή κυματομορφή εισόδου.

Αυτά τα δύο πλεονεκτήματα των ενεργοποιητών Schmitt εξηγούνται με περισσότερες λεπτομέρειες ως εξής: Είσοδοι θορύβου Οι επιπτώσεις του θορύβου και των παρεμβολών είναι ένα σημαντικό πρόβλημα στα ψηφιακά συστήματα καθώς χρησιμοποιούνται μακρύτερα και μεγαλύτερα καλώδια και απαιτούνται υψηλότερες και υψηλότερες ταχύτητες δεδομένων.

Μερικοί από τους πιο συνηθισμένους τρόπους για τη μείωση του θορύβου περιλαμβάνουν τη χρήση θωρακισμένων καλωδίων, τη χρήση στριμμένων καλωδίων, την αντιστάθμιση αντιστάσεων και τη μείωση των αντιστάσεων εξόδου.

Αυτές οι τεχνικές μπορεί να είναι αποτελεσματικές στη μείωση του θορύβου, αλλά θα εξακολουθεί να υπάρχει κάποιος θόρυβος που απομένει σε μια γραμμή εισόδου και αυτό θα μπορούσε να προκαλέσει ανεπιθύμητα σήματα σε ένα κύκλωμα.

Τα περισσότερα από τα τυπικά buffer, μετατροπείς και συγκριτικά που χρησιμοποιούνται σε ψηφιακά κυκλώματα έχουν μόνο μία τιμή κατωφλίου στην είσοδο. Έτσι, η έξοδος αλλάζει κατάσταση μόλις η κυματομορφή εισόδου διασχίσει αυτό το κατώφλι προς οποιαδήποτε κατεύθυνση.

Εάν ένα τυχαίο σήμα θορύβου διασχίσει αυτό το σημείο κατωφλίου σε μια είσοδο πολλές φορές, θα εμφανίζεται στην έξοδο ως μια σειρά παλμών. Επίσης, μια κυματομορφή με μεταβάσεις αργής ακμής θα μπορούσε να εμφανιστεί στην έξοδο ως μια σειρά παλμών θορύβου ταλαντώσεων.

Μερικές φορές χρησιμοποιείται ένα φίλτρο για τη μείωση αυτού του επιπλέον θορύβου, όπως σε ένα δίκτυο RC. Αλλά κάθε φορά που ένα φίλτρο όπως αυτό χρησιμοποιείται στη διαδρομή δεδομένων, επιβραδύνει σημαντικά τη μέγιστη ταχύτητα δεδομένων. Τα φίλτρα αποκλείουν τον θόρυβο, αλλά αποκλείουν επίσης ψηφιακά σήματα υψηλής συχνότητας.

Φίλτρα ενεργοποίησης Schmitt

Μια σκανδάλη Schmitt καθαρίζει. Αφού η έξοδος αλλάξει την κατάστασή της καθώς η είσοδος της διασχίζει ένα κατώφλι, το ίδιο το κατώφλι αλλάζει επίσης, οπότε τότε η είσοδος πρέπει να κινηθεί πιο μακριά προς την αντίθετη κατεύθυνση για να προκαλέσει μια άλλη αλλαγή στην έξοδο.

Λόγω αυτού του φαινομένου υστέρησης, η χρήση σκανδάλης Schmitt είναι ίσως ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για τη μείωση των προβλημάτων θορύβου και παρεμβολών σε ένα ψηφιακό κύκλωμα. Τα προβλήματα θορύβου και παρεμβολών μπορούν συνήθως να επιλυθούν, εάν δεν εξαλειφθούν, προσθέτοντας υστέρηση στη γραμμή εισόδου με τη μορφή ενός σκανδάλη Schmitt.

Εφόσον το εύρος του θορύβου ή η παρεμβολή στην είσοδο είναι μικρότερο από το πλάτος του κενού υστέρησης της σκανδάλης Schmitt, δεν θα υπάρξουν επιδράσεις θορύβου στην έξοδο.

Ακόμα και αν το πλάτος είναι ελαφρώς μεγαλύτερο, δεν θα πρέπει να επηρεάσει την έξοδο, εκτός εάν το σήμα εισόδου επικεντρώνεται στο κενό υστέρησης. Τα επίπεδα κατωφλίου ενδέχεται να πρέπει να προσαρμοστούν για να επιτευχθεί η μέγιστη εξάλειψη θορύβου.

Αυτό μπορεί εύκολα να γίνει αλλάζοντας τις τιμές μιας αντίστασης στο δίκτυο θετικής ανάδρασης ή χρησιμοποιώντας ένα ποτενσιόμετρο.

Το κύριο πλεονέκτημα που παρέχει μια σκανδάλη Schmitt πέρα ​​από τα φίλτρα είναι ότι δεν επιβραδύνει τον ρυθμό δεδομένων και στην πραγματικότητα την επιταχύνει σε ορισμένες περιπτώσεις μέσω μετατροπής αργών κυματομορφών σε γρήγορες κυματομορφές (ταχύτερες μεταβάσεις ακμής). Σχεδόν οποιοδήποτε ψηφιακό IC στο Η αγορά σήμερα χρησιμοποιεί κάποια μορφή ενεργοποίησης Schmitt (υστέρηση) στις ψηφιακές εισόδους της.

Αυτά περιλαμβάνουν MCU, τσιπ μνήμης, λογικές πύλες και ούτω καθεξής. Αν και αυτά τα ψηφιακά IC ενδέχεται να έχουν υστέρηση στις εισόδους τους, πολλά από αυτά έχουν επίσης περιορισμούς για τους χρόνους αύξησης και πτώσης εισόδου που εμφανίζονται στα φύλλα προδιαγραφών τους, και αυτοί πρέπει να ληφθούν υπόψη. Η ιδανική σκανδάλη Schmitt δεν έχει περιορισμούς χρόνου αύξησης ή πτώσης στην είσοδό του.

Αργές κυματομορφές εισόδου μερικές φορές το κενό υστέρησης είναι πολύ μικρό ή υπάρχει μόνο μία τιμή κατωφλίου (μια συσκευή σκανδάλης χωρίς Schmitt) όπου η έξοδος πηγαίνει υψηλή εάν η είσοδος ανεβαίνει πάνω από το κατώφλι και η έξοδος μειώνεται εάν το σήμα εισόδου πέσει κάτω το.

Σε τέτοιες περιπτώσεις, υπάρχει μια περιθωριακή περιοχή γύρω από το κατώφλι και ένα αργό σήμα εισόδου μπορεί εύκολα να προκαλέσει ταλαντώσεις ή υπερβολικό ρεύμα να ρέει μέσω του κυκλώματος, κάτι που θα μπορούσε ακόμη και να καταστρέψει τη συσκευή. Αυτά τα σήματα αργής εισόδου μπορεί μερικές φορές να συμβούν ακόμη και σε γρήγορο ψηφιακό κυκλώματα υπό συνθήκες ενεργοποίησης ή άλλες συνθήκες όπου ένα φίλτρο (όπως ένα δίκτυο RC) χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία σημάτων στις εισόδους.

Προβλήματα αυτού του τύπου παρουσιάζονται συχνά στο κύκλωμα «απο-αναπήδησης» χειροκίνητων διακοπτών, μακρών καλωδίων ή καλωδίων, και κυκλωμάτων με μεγάλη φόρτιση.

Για παράδειγμα, εάν ένα αργό σήμα ράμπας (ολοκληρωτής) εφαρμόζεται σε ένα buffer και διασχίζει το μοναδικό σημείο κατωφλίου στην είσοδο, η έξοδος θα αλλάξει την κατάστασή της (από χαμηλή σε υψηλή, για παράδειγμα). Αυτή η ενέργεια ενεργοποίησης θα μπορούσε να προκαλέσει στιγμιαία έξοδο ρεύματος από την τροφοδοσία ρεύματος και επίσης να μειώσει ελαφρώς το επίπεδο ισχύος VCC.

Αυτή η αλλαγή θα μπορούσε να είναι αρκετή για να αναγκάσει την έξοδο να αλλάξει ξανά την κατάστασή της από υψηλή σε χαμηλή, καθώς το buffer αισθάνεται ότι η είσοδος πέρασε ξανά το κατώφλι (παρά την είσοδο να παραμείνει η ίδια). Αυτό θα μπορούσε να επαναληφθεί ξανά προς την αντίθετη κατεύθυνση, έτσι θα εμφανιστεί μια σειρά παλμών ταλαντώσεων στην έξοδο.

Η χρήση ενός σκανδάλη Schmitt σε αυτήν την περίπτωση όχι μόνο θα εξαλείψει τις ταλαντώσεις, αλλά θα μεταφράσει επίσης τις μεταβάσεις αργής άκρης σε μια καθαρή σειρά παλμών ON-OFF με σχεδόν κάθετες ακμές μετάβασης. Η έξοδος ενός σκανδάλη Schmitt μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί ως είσοδος στην ακόλουθη συσκευή σύμφωνα με τις προδιαγραφές του χρόνου ανόδου και πτώσης.

(Παρόλο που οι ταλαντώσεις μπορούν να εξαλειφθούν χρησιμοποιώντας τη σκανδάλη Schmitt, θα μπορούσε να υπάρχει υπερβολική ροή ρεύματος σε μια μετάβαση, η οποία μπορεί να χρειαστεί να διορθωθεί με άλλο τρόπο.)

Η σκανδάλη Schmitt βρίσκεται επίσης σε περιπτώσεις όπου μια αναλογική είσοδος, όπως ημιτονοειδής κυματομορφή, ηχητική κυματομορφή ή πριονωτή κυματομορφή, πρέπει να μετατραπεί σε τετράγωνο κύμα ή σε κάποιο άλλο τύπο ψηφιακού σήματος ON-OFF με μεταβάσεις γρήγορης ακμής.