比較器(Comparator,簡寫COMP)是MCU的一個常用外設,它用于比較兩路模擬信號的電壓大小,輸出的是一個數字信號,用于指示哪路輸入信號更大。
當Voltage A > Voltage B時,輸出1;當Voltage A < Voltage B時,輸出0。
你可能會想到ADC也可以完成電壓比較的功能,和ADC相比,比較器更適用于需要快速響應或很少軟件干預的應用場合,比如:模擬電壓監測、頻率和脈寬測量、BLDC電機控制等場合。
比較器有幾個重要的參數需要了解,以STM32U031數據手冊為例
第一個參數是Voffset,失調電壓。
理想情況下只要比較器輸入的電壓不同,就會有一個確定的輸出。但是理想和現實總會有差距,實際當兩個電壓差值過小時,就無法正常判斷了,這個電壓的閾值就是失調電壓。也就是說必須兩端電壓大于這個值時,比較器才會有確定的輸出。
輸入失調代表可能發生比較器跳變點的電壓范圍,輸出在該失調范圍內任何一點都可能跳變。
第二個參數是遲滯電壓Vhys,下圖展示了無遲滯和有遲滯兩種情況下的比較器輸出,
遲滯(Hysteresis)是一種調節器件響應特性的技術,它使得比較器的輸入信號在一定范圍內來回變化時能夠保持穩定的輸出狀態。MCU通常可以自己控制是否使用遲滯,以及配置遲滯電壓的大小。在一些應用中,輸入信號可能會由于噪聲或其他干擾而引起小幅度的波動。如果沒有遲滯,比較器可能會在輸入信號的噪聲范圍內不斷切換輸出狀態,導致輸出產生振蕩。通過引入適當的遲滯,可以防止這種振蕩現象的發生,確保輸出信號的穩定性。
第三個參數是響應速度,或者叫傳播延遲。
此延遲被定義為輸入信號超過閾值的時刻與輸出狀態變化的時刻之間的時間(通常是在輸出達到VDD的50%時)。比較器響應速度越快,其功耗越大。
響應速度也可以通過MCU寄存器來配置。
第四個參數是Rail-to-Rail,軌到軌。
軌,指電源線,軌到軌,就是說輸入的電壓范圍能夠從0到正電源,從而實現比較器最大的動態范圍。
對于非軌到軌的比較器,其輸入最大值會低于VDDA。
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原文標題:單片機外圍模塊漫談之六,比較器COMP
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