รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับ Schmitt Trigger

เกือบทุกวงจรดิจิทัลที่ใช้ในการสื่อสารข้อมูลความเร็วสูงสมัยใหม่จำเป็นต้องมีรูปแบบของ Schmitt trigger action ในอินพุต

ทำไมจึงใช้ Schmitt Trigger

จุดประสงค์หลักของทริกเกอร์ Schmitt ที่นี่คือเพื่อกำจัดเสียงรบกวนและสัญญาณรบกวนบนสายข้อมูลและให้เอาต์พุตดิจิตอลที่สวยงามพร้อมการเปลี่ยนขอบที่รวดเร็ว

เวลาขึ้นและลงต้องต่ำพอในเอาต์พุตดิจิตอลที่สามารถใช้เป็นอินพุตไปยังขั้นตอนต่อไปนี้ในวงจรได้ (IC จำนวนมากมีข้อ จำกัด ของประเภทของการเปลี่ยนขอบที่สามารถปรากฏบนอินพุตได้)

ข้อได้เปรียบหลักของ Schmitt ทริกเกอร์ที่นี่คือทำความสะอาดสัญญาณที่มีเสียงดังในขณะที่ยังคงรักษาอัตราการไหลของข้อมูลที่สูงซึ่งแตกต่างจากฟิลเตอร์ซึ่งสามารถกรองสัญญาณรบกวนได้ แต่ทำให้อัตราข้อมูลช้าลงอย่างมาก

ชมิตทริกเกอร์มักพบในวงจรที่ต้องการรูปคลื่นที่มีการเปลี่ยนขอบช้าเพื่อแปลเป็นรูปคลื่นดิจิทัลที่มีการเปลี่ยนขอบที่รวดเร็วและสะอาด

ทริกเกอร์ Schmitt สามารถเปลี่ยนรูปคลื่นอนาล็อกได้เกือบทุกรูปแบบเช่นคลื่นไซน์หรือรูปคลื่นฟันเลื่อยให้เป็นสัญญาณดิจิตอลแบบเปิด - ปิดพร้อมการเปลี่ยนขอบที่รวดเร็วทริกเกอร์ Schmitt เป็นอุปกรณ์ดิจิทัลที่ใช้งานได้โดยมีอินพุตเดียวและเอาต์พุตเดียวเช่นบัฟเฟอร์หรืออินเวอร์เตอร์

ภายใต้การทำงานเอาต์พุตดิจิตอลอาจสูงหรือต่ำและเอาต์พุตนี้จะเปลี่ยนสถานะก็ต่อเมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตสูงกว่าหรือต่ำกว่าขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้ล่วงหน้าสองค่า หากเอาต์พุตมีค่าต่ำเอาต์พุตจะไม่เปลี่ยนเป็นสูงเว้นแต่ว่าสัญญาณอินพุตจะเกินขีด จำกัด บนเกณฑ์ที่กำหนด

ในทำนองเดียวกันหากเอาต์พุตมีค่าสูงเอาต์พุตจะไม่เปลี่ยนเป็นต่ำจนกว่าสัญญาณอินพุตจะต่ำกว่าขีด จำกัด ของเกณฑ์ที่ต่ำกว่า

เกณฑ์ด้านล่างค่อนข้างต่ำกว่าขีด จำกัด บน สามารถใช้รูปคลื่นชนิดใดก็ได้กับอินพุต (คลื่นรูปไซน์ฟันเลื่อยรูปคลื่นเสียงพัลส์ ฯลฯ ) ตราบใดที่แอมพลิจูดอยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้

Diagarm เพื่ออธิบาย Schmitt Trigger

แผนภาพด้านล่างแสดงฮิสเทรีซิสที่เกิดจากค่าเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าขาเข้าด้านบนและด้านล่าง เมื่อใดก็ตามที่อินพุตสูงกว่าขีด จำกัด บนเกณฑ์เอาต์พุตจะสูง

เมื่ออินพุตต่ำกว่าเกณฑ์ที่ต่ำกว่าเอาต์พุตจะต่ำและเมื่อแรงดันสัญญาณอินพุตอยู่ระหว่างขีด จำกัด บนและล่างเอาต์พุตจะยังคงค่าก่อนหน้านี้ไว้ซึ่งอาจสูงหรือต่ำก็ได้

ระยะห่างระหว่างขีดล่างและขีดบนเรียกว่าช่องว่างฮิสเทรีซิส เอาต์พุตจะยังคงสถานะก่อนหน้านี้ไว้เสมอจนกว่าอินพุตจะเปลี่ยนแปลงเพียงพอที่จะทริกเกอร์ให้เปลี่ยน นี่คือเหตุผลของการกำหนด 'ทริกเกอร์' ในชื่อ

Schmitt trigger ทำงานในลักษณะเดียวกับวงจร bistable latch หรือ bistable multivibrator เนื่องจากมีหน่วยความจำภายใน 1 บิตและเปลี่ยนสถานะตามเงื่อนไขของทริกเกอร์

ใช้ IC 74XX Series สำหรับ Schmitt Trigger Operation

Texas Instruments มีฟังก์ชันทริกเกอร์ Schmitt ในตระกูลเทคโนโลยีเกือบทั้งหมดตั้งแต่ตระกูล 74XX เก่าไปจนถึงตระกูล AUP1T ล่าสุด

ICs เหล่านี้สามารถบรรจุด้วยทริกเกอร์ Schmitt แบบกลับด้านหรือไม่กลับด้าน อุปกรณ์ทริกเกอร์ Schmitt ส่วนใหญ่เช่น 74HC14 มีระดับขีด จำกัด ที่อัตราส่วนคงที่ของ Vcc

สิ่งนี้อาจเพียงพอสำหรับแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ แต่บางครั้งระดับขีด จำกัด จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับเงื่อนไขสัญญาณอินพุต

ตัวอย่างเช่นช่วงสัญญาณอินพุตอาจน้อยกว่าช่องว่างฮิสเทรีซิสคงที่ ระดับขีด จำกัด สามารถเปลี่ยนแปลงได้ใน IC เช่น 74HC14 โดยการเชื่อมต่อตัวต้านทานผลตอบรับเชิงลบจากเอาต์พุตไปยังอินพุตพร้อมกับตัวต้านทานอื่นที่เชื่อมต่อสัญญาณอินพุตกับอินพุตของอุปกรณ์

สิ่งนี้ให้ข้อเสนอแนะเชิงบวกที่จำเป็นสำหรับฮิสเทรีซิสและสามารถปรับช่องว่างฮิสเทรีซิสได้โดยการเปลี่ยนค่าของตัวต้านทานที่เพิ่มทั้งสองตัวหรือโดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์ ตัวต้านทานควรมีค่ามากพอที่จะรักษาอิมพีแดนซ์อินพุตให้อยู่ในระดับสูง

Schmitt trigger เป็นแนวคิดง่ายๆ แต่ไม่ได้ถูกคิดค้นขึ้นจนถึงปีพ. ศ. 2477 ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ Otto H. Schmitt ยังคงเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา

เกี่ยวกับ Otto H. Schmitt

เขาไม่ได้เป็นวิศวกรไฟฟ้าเนื่องจากการศึกษาของเขามุ่งเน้นไปที่วิศวกรรมชีวภาพและชีวฟิสิกส์ เขาเกิดความคิดเกี่ยวกับ Schmitt trigger ในขณะที่เขาพยายามสร้างอุปกรณ์ที่จะจำลองกลไกการแพร่กระจายของแรงกระตุ้นทางประสาทในเส้นประสาทปลาหมึก

วิทยานิพนธ์ของเขาอธิบายถึง“ เทอร์มิโอนิกทริกเกอร์” ที่อนุญาตให้แปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัลซึ่งจะเปิดหรือปิดแบบเต็ม ('1' หรือ '0')

เขาไม่ค่อยรู้ว่า บริษัท อิเล็กทรอนิกส์รายใหญ่เช่น Microsoft, Texas Instruments และ NXP Semiconductors ไม่สามารถดำรงอยู่ได้อย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบันหากปราศจากสิ่งประดิษฐ์ที่เป็นเอกลักษณ์นี้

ทริกเกอร์ Schmitt กลายเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญซึ่งใช้ในกลไกการป้อนข้อมูลของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลแทบทุกชนิดในตลาด

Schmitt Trigger คืออะไร

แนวคิดของ Schmitt trigger นั้นขึ้นอยู่กับแนวคิดของการตอบรับเชิงบวกและความจริงที่ว่าวงจรหรืออุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่สามารถทำหน้าที่เหมือนทริกเกอร์ Schmitt ได้โดยใช้ข้อเสนอแนะเชิงบวกเพื่อให้อัตราการวนซ้ำมากกว่าหนึ่ง

แรงดันไฟฟ้าขาออกของอุปกรณ์ที่ใช้งานจะถูกลดทอนโดยจำนวนที่กำหนดและใช้เป็นข้อเสนอแนะเชิงบวกกับอินพุตซึ่งจะเพิ่มสัญญาณอินพุตไปยังแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ลดทอนได้อย่างมีประสิทธิภาพสิ่งนี้จะสร้างการกระทำของฮิสเทอรีซิสที่มีค่าเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าอินพุตบนและล่าง

บัฟเฟอร์มาตรฐานอินเวอร์เตอร์และตัวเปรียบเทียบส่วนใหญ่ใช้ค่าขีด จำกัด เพียงค่าเดียว เอาต์พุตจะเปลี่ยนสถานะทันทีที่รูปคลื่นอินพุตข้ามขีด จำกัด นี้ในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง

Schmitt Trigger ทำงานอย่างไร

สัญญาณอินพุตที่มีเสียงดังหรือสัญญาณที่มีรูปคลื่นช้าจะปรากฏบนเอาต์พุตเป็นชุดสัญญาณรบกวน

ทริกเกอร์ Schmitt จะทำความสะอาดสิ่งนี้เกิดขึ้น - หลังจากที่เอาต์พุตเปลี่ยนสถานะเมื่ออินพุตข้ามขีด จำกัด ธรณีประตูก็เปลี่ยนไปเช่นกันดังนั้นตอนนี้แรงดันไฟฟ้าอินพุตจะต้องเคลื่อนไปไกลกว่าในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อเปลี่ยนสถานะอีกครั้ง

สัญญาณรบกวนหรือสัญญาณรบกวนบนอินพุตจะไม่ปรากฏบนเอาต์พุตเว้นแต่แอมพลิจูดของมันจะมากกว่าความแตกต่างระหว่างค่าขีด จำกัด ทั้งสอง

สัญญาณอะนาล็อกใด ๆ เช่นรูปคลื่นไซน์หรือสัญญาณเสียงสามารถแปลเป็นชุดของพัลส์เปิด - ปิดด้วยการเปลี่ยนขอบที่รวดเร็วและสะอาดมีสามวิธีในการนำผลตอบรับเชิงบวกไปใช้เพื่อสร้างวงจรทริกเกอร์ Schmitt

คำติชมทำงานอย่างไรใน Schmitt Trigger

ในการกำหนดค่าแรกข้อเสนอแนะจะถูกเพิ่มโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าดังนั้นแรงดันไฟฟ้าจะต้องเปลี่ยนไปตามจำนวนที่มากขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อทำให้เอาต์พุตเปลี่ยนแปลงอีกครั้ง

สิ่งนี้เรียกว่าการตอบรับเชิงบวกแบบคู่ขนาน

ในการกำหนดค่าที่สองข้อเสนอแนะจะถูกลบออกจากแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ซึ่งมีผลเช่นเดียวกับการเพิ่มข้อเสนอแนะให้กับแรงดันไฟฟ้าอินพุต

สิ่งนี้สร้างวงจรป้อนกลับเชิงบวกแบบอนุกรมและบางครั้งเรียกว่าวงจรขีด จำกัด แบบไดนามิก โดยปกติเครือข่ายตัวต้านทานตัวแบ่งจะตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของขั้นตอนอินพุต

สองวงจรแรกสามารถใช้งานได้อย่างง่ายดายโดยใช้ opamp ตัวเดียวหรือทรานซิสเตอร์สองตัวพร้อมกับตัวต้านทานสองสามตัว เทคนิคที่สามซับซ้อนกว่าเล็กน้อยและแตกต่างกันตรงที่ไม่มีข้อเสนอแนะใด ๆ ในส่วนใด ๆ ของขั้นตอนการป้อนข้อมูล

วิธีนี้ใช้ตัวเปรียบเทียบสองตัวแยกกันสำหรับค่าขีด จำกัด สองขีดและฟลิปฟล็อปเป็นองค์ประกอบหน่วยความจำ 1 บิต ไม่มีผลตอบรับเชิงบวกที่ใช้กับตัวเปรียบเทียบเนื่องจากมีอยู่ในองค์ประกอบหน่วยความจำ แต่ละวิธีทั้งสามมีการอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมในย่อหน้าต่อไปนี้

ทริกเกอร์ Schmitt ทั้งหมดเป็นอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่โดยอาศัยข้อเสนอแนะในเชิงบวกเพื่อให้บรรลุการกระทำที่ผิดปกติ เอาต์พุตจะไปที่ 'สูง' เมื่อใดก็ตามที่อินพุตเพิ่มขึ้นสูงกว่าขีด จำกัด บนเกณฑ์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและไปที่ 'ต่ำ' เมื่อใดก็ตามที่อินพุตลดลงต่ำกว่าขีด จำกัด ที่ต่ำกว่า

เอาต์พุตยังคงรักษาค่าก่อนหน้านี้ (ต่ำหรือสูง) เมื่ออินพุตอยู่ระหว่างขีด จำกัด สองขีด

วงจรประเภทนี้มักใช้เพื่อล้างสัญญาณที่มีเสียงดังและแปลงรูปคลื่นอนาล็อกเป็นรูปคลื่นดิจิทัล (1 และ 0) ด้วยการเปลี่ยนขอบที่สะอาดและรวดเร็ว

ประเภทของข้อเสนอแนะในวงจรทริกเกอร์ Schmitt

โดยทั่วไปมีสามวิธีที่ใช้ในการนำผลตอบรับเชิงบวกไปใช้เพื่อสร้างวงจรกระตุ้น Schmitt วิธีการเหล่านี้ ได้แก่ Parallel Feedback, Series Feedback และ Internal Feedback และจะกล่าวถึงดังต่อไปนี้

เทคนิคป้อนกลับแบบขนานและแบบอนุกรมเป็นวงจรป้อนกลับแบบเดียวกันสองเวอร์ชัน การตอบรับแบบขนานวงจรป้อนกลับแบบขนานบางครั้งเรียกว่าวงจรแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่แก้ไขแล้ว

ในวงจรนี้ข้อเสนอแนะจะถูกเพิ่มโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าอินพุตและไม่มีผลต่อแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ เมื่อข้อมูลป้อนกลับถูกเพิ่มเข้าไปในอินพุตเมื่อเอาต์พุตเปลี่ยนสถานะแรงดันไฟฟ้าอินพุตจะต้องเปลี่ยนไปตามจำนวนที่มากขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อทำให้เอาต์พุตเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติม

หากเอาต์พุตต่ำและสัญญาณอินพุตเพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่ข้ามขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าและเอาต์พุตจะเปลี่ยนเป็นสูง

ส่วนหนึ่งของเอาต์พุตนี้ถูกนำไปใช้โดยตรงกับอินพุตผ่านลูปป้อนกลับซึ่ง 'ช่วย' ให้แรงดันเอาต์พุตอยู่ในสถานะใหม่

สิ่งนี้จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขาเข้าได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งมีผลเช่นเดียวกับการลดแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์

แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์จะไม่เปลี่ยนแปลง แต่ตอนนี้อินพุทต้องเคลื่อนไปไกลกว่าในทิศทางลงเพื่อเปลี่ยนเอาต์พุตเป็นสถานะต่ำ เมื่อผลผลิตเหลือน้อยกระบวนการเดียวกันนี้จะทำซ้ำตัวเองเพื่อกลับสู่สถานะสูง

วงจรนี้ไม่จำเป็นต้องใช้แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลเนื่องจากแอมพลิฟายเออร์แบบไม่กลับด้านเดียวจะทำงานได้

ทั้งสัญญาณอินพุตและข้อเสนอแนะเอาต์พุตถูกนำไปใช้กับอินพุตที่ไม่กลับด้านของแอมพลิฟายเออร์ผ่านตัวต้านทานและตัวต้านทานทั้งสองนี้จะสร้างฤดูร้อนแบบขนานแบบถ่วงน้ำหนัก หากมีอินพุทกลับด้านจะถูกกำหนดเป็นแรงดันอ้างอิงคงที่

ตัวอย่างของวงจรป้อนกลับแบบขนานคือตัวสะสมฐานคู่กับวงจรทริกเกอร์ Schmitt หรือวงจรออปแอมป์แบบไม่กลับด้านดังที่แสดง:

ข้อเสนอแนะของซีรี่ส์

วงจรขีด จำกัด ไดนามิก (อนุกรมป้อนกลับ) ทำงานในลักษณะเดียวกับวงจรป้อนกลับแบบขนานยกเว้นว่าข้อเสนอแนะจากเอาต์พุตจะเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์โดยตรงแทนแรงดันไฟฟ้าอินพุต

ข้อเสนอแนะจะหักออกจากแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ซึ่งมีผลเช่นเดียวกับการเพิ่มข้อเสนอแนะให้กับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ทันทีที่อินพุตข้ามขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์จะเปลี่ยนเป็นค่าตรงกันข้าม

ตอนนี้อินพุตต้องเปลี่ยนในระดับที่มากขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อเปลี่ยนสถานะเอาต์พุตอีกครั้ง เอาต์พุตถูกแยกออกจากแรงดันไฟฟ้าอินพุตและมีผลเฉพาะกับแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์เท่านั้น

ดังนั้นความต้านทานอินพุตสามารถทำให้สูงขึ้นมากสำหรับวงจรอนุกรมนี้เมื่อเทียบกับวงจรขนาน วงจรนี้มักขึ้นอยู่กับแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลที่อินพุตเชื่อมต่อกับอินพุทอินเวอร์เตอร์และเอาต์พุตจะเชื่อมต่อกับอินพุตที่ไม่กลับด้านผ่านตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทาน

ตัวแบ่งแรงดันจะตั้งค่าขีด จำกัด และลูปจะทำหน้าที่เหมือนฤดูร้อนของแรงดันไฟฟ้าแบบอนุกรม ตัวอย่างของประเภทนี้ ได้แก่ ทริกเกอร์ Schmitt ตัวส่งสัญญาณคู่ทรานซิสเตอร์แบบคลาสสิกและวงจรแอมป์กลับด้านดังที่แสดงไว้ที่นี่:

ข้อเสนอแนะภายใน

ในการกำหนดค่านี้ทริกเกอร์ Schmitt ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ตัวเปรียบเทียบสองตัวแยกกัน (ไม่มีฮิสเทรีซิส) สำหรับขีด จำกัด สองขีด

เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบเหล่านี้เชื่อมต่อกับชุดและรีเซ็ตอินพุตของ RS flip-flop ข้อเสนอแนะเชิงบวกมีอยู่ในฟลิปฟล็อปดังนั้นจึงไม่มีข้อเสนอแนะใด ๆ กับตัวเปรียบเทียบ เอาต์พุตของฟลิปฟล็อป RS จะสลับสูงเมื่ออินพุตสูงกว่าเกณฑ์ด้านบนและสลับต่ำเมื่ออินพุตต่ำกว่าเกณฑ์ที่ต่ำกว่า

เมื่ออินพุตอยู่ระหว่างขีดบนและขีดล่างเอาต์พุตจะยังคงสถานะก่อนหน้า ตัวอย่างของอุปกรณ์ที่ใช้เทคนิคนี้คือ 74HC14 ที่ผลิตโดย NXP Semiconductors และ Texas Instruments

ส่วนนี้ประกอบด้วยตัวเปรียบเทียบขีด จำกัด ด้านบนและตัวเปรียบเทียบขีด จำกัด ล่างซึ่งใช้ในการตั้งค่าและรีเซ็ต RS flip-flop ทริกเกอร์ 74HC14 Schmitt เป็นหนึ่งในอุปกรณ์ยอดนิยมสำหรับเชื่อมต่อสัญญาณโลกแห่งความจริงกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล

ขีด จำกัด สองขีดในอุปกรณ์นี้กำหนดไว้ที่อัตราส่วนคงที่ของ Vcc ซึ่งจะช่วยลดจำนวนชิ้นส่วนและทำให้วงจรเรียบง่าย แต่บางครั้งต้องเปลี่ยนระดับขีด จำกัด สำหรับเงื่อนไขสัญญาณอินพุตประเภทต่างๆ

ตัวอย่างเช่นช่วงสัญญาณอินพุตอาจน้อยกว่าช่วงแรงดันไฟฟ้าฮิสเทรีซิสคงที่ ระดับขีด จำกัด สามารถเปลี่ยนแปลงได้ใน 74HC14 โดยการเชื่อมต่อตัวต้านทานผลตอบรับเชิงลบจากเอาต์พุตไปยังอินพุตและตัวต้านทานอีกตัวที่เชื่อมต่อสัญญาณอินพุตกับอินพุต

สิ่งนี้ช่วยลดข้อเสนอแนะเชิงบวกที่คงที่ 30% ได้อย่างมีประสิทธิภาพให้เป็นค่าที่ต่ำกว่าเช่น 15% สิ่งสำคัญคือต้องใช้ตัวต้านทานค่าสูงสำหรับสิ่งนี้ (ช่วงเมกะโอห์ม) เพื่อให้ความต้านทานอินพุตสูง

ข้อดีของ Schmitt trigger

Schmitt trigger ตอบสนองวัตถุประสงค์ในระบบการสื่อสารข้อมูลความเร็วสูงทุกรูปแบบด้วยการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลบางรูปแบบ จริงๆแล้วพวกเขาทำหน้าที่สองอย่าง: เพื่อล้างสัญญาณรบกวนและสัญญาณรบกวนบนสายข้อมูลในขณะที่ยังคงรักษาอัตราการไหลของข้อมูลที่สูงและเพื่อแปลงรูปคลื่นอะนาล็อกแบบสุ่มให้เป็นรูปคลื่นดิจิทัลแบบเปิด - ปิดพร้อมการเปลี่ยนขอบที่รวดเร็วและสะอาด

สิ่งนี้ให้ข้อได้เปรียบเหนือตัวกรองซึ่งสามารถกรองสัญญาณรบกวนได้ แต่ทำให้อัตราข้อมูลช้าลงอย่างมากเนื่องจากแบนด์วิดท์ที่ จำกัด นอกจากนี้ฟิลเตอร์มาตรฐานยังไม่สามารถให้เอาต์พุตดิจิทัลที่สวยงามและสะอาดพร้อมการเปลี่ยนขอบที่รวดเร็วเมื่อใช้รูปคลื่นอินพุตที่ช้า

ข้อดีสองประการของ Schmitt trigger มีรายละเอียดเพิ่มเติมดังนี้: Noisy Signal Inputs ผลกระทบของสัญญาณรบกวนและสัญญาณรบกวนเป็นปัญหาสำคัญในระบบดิจิทัลเนื่องจากมีการใช้สายเคเบิลที่ยาวขึ้นและยาวขึ้นและต้องการอัตราข้อมูลที่สูงขึ้นและสูงขึ้น

วิธีลดเสียงรบกวนทั่วไปบางวิธี ได้แก่ การใช้สายเคเบิลหุ้มฉนวนการใช้สายไฟบิดอิมพีแดนซ์ที่ตรงกันและการลดอิมพีแดนซ์เอาต์พุต

เทคนิคเหล่านี้มีประสิทธิภาพในการลดสัญญาณรบกวน แต่จะยังคงมีสัญญาณรบกวนหลงเหลืออยู่บนสายอินพุตและอาจทำให้เกิดสัญญาณที่ไม่ต้องการภายในวงจร

บัฟเฟอร์มาตรฐานอินเวอร์เตอร์และตัวเปรียบเทียบที่ใช้ในวงจรดิจิทัลส่วนใหญ่มีค่าขีด จำกัด เพียงค่าเดียวในอินพุต ดังนั้นเอาต์พุตจะเปลี่ยนสถานะทันทีที่รูปคลื่นอินพุตข้ามขีด จำกัด นี้ในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง

หากสัญญาณรบกวนแบบสุ่มข้ามจุดเกณฑ์นี้ในอินพุตหลายครั้งสัญญาณดังกล่าวจะเห็นบนเอาต์พุตเป็นชุดของพัลส์ นอกจากนี้รูปคลื่นที่มีการเปลี่ยนขอบช้าอาจปรากฏบนเอาต์พุตเป็นชุดของสัญญาณรบกวนแบบสั่น

บางครั้งจะใช้ตัวกรองเพื่อลดเสียงรบกวนพิเศษนี้เช่นในเครือข่าย RC แต่ทุกครั้งที่มีการใช้ตัวกรองลักษณะนี้บนเส้นทางข้อมูลจะทำให้อัตราข้อมูลสูงสุดช้าลงอย่างมาก ฟิลเตอร์จะปิดกั้นสัญญาณรบกวน แต่ยังปิดกั้นสัญญาณดิจิตอลความถี่สูง

Schmitt trigger Filters

ทริกเกอร์ Schmitt จะทำความสะอาดสิ่งนี้ หลังจากเอาต์พุตเปลี่ยนสถานะเมื่ออินพุตข้ามขีด จำกัด เกณฑ์เองก็เปลี่ยนไปเช่นกันดังนั้นอินพุตจะต้องเคลื่อนไปไกลขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อทำให้เอาต์พุตเปลี่ยนแปลงอีกครั้ง

เนื่องจากผลกระทบของฮิสเทรีซิสนี้การใช้ Schmitt trigger จึงน่าจะเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดปัญหาเสียงรบกวนและสัญญาณรบกวนในวงจรดิจิทัล โดยปกติแล้วปัญหาเสียงรบกวนและสัญญาณรบกวนสามารถแก้ไขได้หากไม่ได้รับการกำจัดโดยการเพิ่มฮิสเทรีซิสบนสายอินพุตในรูปแบบของชมิตทริกเกอร์

ตราบใดที่ความกว้างของสัญญาณรบกวนหรือสัญญาณรบกวนในอินพุตน้อยกว่าความกว้างของช่องว่างฮิสเทรีซิสของทริกเกอร์ Schmitt จะไม่มีผลกระทบของสัญญาณรบกวนในเอาต์พุต

แม้ว่าแอมพลิจูดจะมากกว่าเล็กน้อย แต่ก็ไม่ควรส่งผลกระทบต่อเอาต์พุตเว้นแต่ว่าสัญญาณอินพุตจะอยู่กึ่งกลางที่ช่องว่างฮิสเทรีซิสอาจต้องปรับระดับขีด จำกัด เพื่อให้ได้เสียงรบกวนสูงสุด

สิ่งนี้สามารถทำได้อย่างง่ายดายโดยการเปลี่ยนค่าของตัวต้านทานในเครือข่ายตอบรับเชิงบวกหรือโดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์

ประโยชน์หลักที่ทริกเกอร์ Schmitt มีให้ผ่านตัวกรองคือไม่ทำให้อัตราข้อมูลช้าลงและจริง ๆ แล้วจะเร่งความเร็วขึ้นในบางกรณีผ่านการแปลงรูปคลื่นที่ช้าเป็นรูปคลื่นที่รวดเร็ว (การเปลี่ยนขอบที่เร็วขึ้น) IC ดิจิทัลเกือบทั้งหมดบน ตลาดปัจจุบันใช้ Schmitt trigger action (hysteresis) บางรูปแบบกับอินพุตดิจิทัล

ซึ่งรวมถึง MCU ชิปหน่วยความจำลอจิกเกตและอื่น ๆ แม้ว่า IC ดิจิทัลเหล่านี้อาจมีฮิสเทอรีซิสในอินพุตของพวกเขา แต่หลายตัวก็มีข้อ จำกัด สำหรับเวลาที่เพิ่มขึ้นและลดลงของอินพุตที่แสดงบนแผ่นข้อมูลจำเพาะของพวกเขาและต้องนำมาพิจารณาด้วย ทริกเกอร์ Schmitt ในอุดมคติไม่มีข้อ จำกัด ด้านเวลาขึ้นหรือลงในอินพุต

รูปคลื่นอินพุตช้าบางครั้งช่องว่างฮิสเทรีซิสมีขนาดเล็กเกินไปหรือมีค่าขีด จำกัด เพียงค่าเดียว (อุปกรณ์ทริกเกอร์ที่ไม่ใช่ Schmitt) ซึ่งเอาต์พุตจะสูงหากอินพุตสูงกว่าเกณฑ์และเอาต์พุตจะต่ำหากสัญญาณอินพุตต่ำกว่าเกณฑ์ มัน.

ในกรณีเช่นนี้มีพื้นที่ขอบรอบธรณีประตูและสัญญาณอินพุตที่ช้าอาจทำให้เกิดการสั่นหรือกระแสเกินไหลผ่านวงจรได้ง่ายซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายสัญญาณอินพุตที่ช้าเหล่านี้บางครั้งอาจเกิดขึ้นได้แม้ในระบบดิจิตอลที่เร็ว วงจรภายใต้เงื่อนไขการเปิดเครื่องหรือเงื่อนไขอื่น ๆ ที่ใช้ตัวกรอง (เช่นเครือข่าย RC) เพื่อป้อนสัญญาณไปยังอินพุต

ปัญหาประเภทนี้มักเกิดขึ้นภายในวงจร“ ดีเด้ง” ของสวิตช์แบบแมนนวลสายเคเบิลยาวหรือสายไฟและวงจรที่มีการโหลดมาก

ตัวอย่างเช่นหากสัญญาณทางลาดที่ช้า (ตัวรวม) ถูกนำไปใช้กับบัฟเฟอร์และข้ามจุดขีด จำกัด เดียวบนอินพุตเอาต์พุตจะเปลี่ยนสถานะ (จากต่ำไปสูงเป็นต้น) การดำเนินการที่กระตุ้นนี้อาจทำให้กระแสไฟฟ้าส่วนเกินถูกดึงออกจากแหล่งจ่ายไฟชั่วขณะและลดระดับพลังงาน VCC ลงเล็กน้อย

การเปลี่ยนแปลงนี้อาจเพียงพอที่จะทำให้เอาต์พุตเปลี่ยนสถานะอีกครั้งจากสูงไปต่ำเนื่องจากบัฟเฟอร์รับรู้ว่าอินพุตข้ามขีด จำกัด อีกครั้ง (แม้ว่าอินพุตจะยังคงเหมือนเดิม) สิ่งนี้สามารถทำซ้ำอีกครั้งในทิศทางตรงกันข้ามดังนั้นชุดของพัลส์การสั่นจะปรากฏบนเอาต์พุต

การใช้ทริกเกอร์ Schmitt ในอินสแตนซ์นี้ไม่เพียง แต่จะกำจัดการสั่น แต่ยังช่วยแปลการเปลี่ยนขอบที่ช้าให้เป็นชุดของพัลส์ ON-OFF ที่สะอาดด้วยการเปลี่ยนขอบแนวตั้งเกือบ จากนั้นเอาต์พุตของทริกเกอร์ Schmitt สามารถใช้เป็นอินพุตไปยังอุปกรณ์ต่อไปนี้ตามข้อกำหนดเวลาขึ้นและลง

(แม้ว่าจะสามารถกำจัดการสั่นได้โดยใช้ทริกเกอร์ Schmitt แต่ก็ยังคงมีกระแสไหลเกินในช่วงการเปลี่ยนแปลงซึ่งอาจต้องได้รับการแก้ไขด้วยวิธีอื่น)

นอกจากนี้ยังพบทริกเกอร์ Schmitt ในกรณีที่อินพุตแบบอะนาล็อกเช่นรูปคลื่นไซน์รูปคลื่นเสียงหรือรูปคลื่นฟันเลื่อยจำเป็นต้องแปลงเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมหรือสัญญาณดิจิตอล ON-OFF ประเภทอื่น ๆ ที่มีการเปลี่ยนขอบอย่างรวดเร็ว