[기초&실무] 슈미트 트리거(Schmitt Trigger) 및 디지털 회로 설계

디지털 회로를 설계하다 보면 자주 접하게 되는 것이 슈미트 트리거입니다. 그 이유와 설계 방법에 대해 알아보겠습니다.

이 글에선 실무자에게 필요한 Datasheet보는 법과 설계 활용방법도 기술하였습니다.

슈미트 트리거란?

비교기의 일종으로 High와 Low의 출력을 만드는 소자

 

슈미트트리거 입출력 (by Dejan)

위 그림에서 슈미트 트리거의 역할을 쉽게 이해할 수 있을 겁니다.

슈미트 트리거는 Upper Threshold와 Lower Threshold 전압을 가지고 있습니다. Upper Threshold를 넘으면 '1', 논리 High 상태가 되고, Lower Threshold 전압 이하로 내려가면 '0', 논리 Low를 출력하는 특징을 가지고 있습니다.

 

따라서 정현파나 임의의 파형으로부터 구형파(Square Wave)를 발생시킵니다.

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슈미트 트리거의 설계 활용

이제 우리가 궁금한 것은 언제 슈미트트리거 회로를 활용해야 하는가입니다.

슈미트트리거 설계, 신호, 활용 (by TI)

 

(3번은 입, 출력이 느린 경우도 해당합니다)

위와 같은 세 가지 케이스에서 슈미트 트리거가 활용됩니다.

 

↓↓↓↓실무↓↓↓↓

따라서 아래와 같은 Case에서 활용하는 것이 Typical 합니다.

 

• 안정적인 Clock 신호를 얻고자 할 때
• A/D 변환 회로에서 신호 에러를 줄이고자 할 때
• 입출력이 느린 회로의 속도를 높이고자 할 때
• 비교기로, 전압을 모니터링할 때

Datasheet 읽기

가장 대표적으로 쓰이는 것이 TI의 SN74LVC 시리즈입니다.

그중에서 하나로, SN74LVC1G17-Q1 Single Schmitt-Trigger Buffer의 Datasheet를 살펴보겠습니다.

 

어느 Datasheet와 마찬가지로 Features를 먼저 봐줍니다.

Features

 

SN74LVC1G17-Q1 Features

실무자라면 역시 중요한 것이 파트의 등급. Automotive급의 파트네요.

그리고 Max tpd가 8ns라고 합니다. 이를 주파수로 환산하면 125 Mhz. 이 주파수 이하의 소스만 사용할 수 있습니다. 따라서 추천 환경은 100 Mhz 이하입니다.

 

 

추가로 ESD Protection도 적용되었네요.

 

Threshold 전압 확인

 

그리고 중요한 것이, 입력 전압당 Upper Threshold 전압과 Lower Threshold 전압이겠죠? 내가 적용하고자 하는 회로에 적합한지 알아봐 줍니다.

 

Typical Appilcation

SN74LVC1G17-Q1 Typical Application (by TI)

이 소자는 입력이 느리거나 노이즈가 있는 상황에서 버퍼 및 슈미트 트리거로 활용할 수 있는 소자입니다. 

참고로 주파수 다음으로 주의해야 할 것은 전류입니다. 

TI에서 "최대 한계를 초과하는 전류를 구동할 수 있으므로 버스 경합이 발생하지 않도록 주의해야 합니다."라고 주의를 하고 있네요. 따라서 Load Current가 최대 전류 Ic, max를 넘지 않도록 동작시키는 것이 필요합니다.

 

 

 

 

References

• https://howtomechatronics.com/how-it-works/electrical-engineering/transistor-schmitt-trigger/

What is Schmitt Trigger | How It Works

• https://www.ti.com/lit/pdf/scea046
• https://www.ti.com/lit/gpn/sn74lvc1g17

* 참고 용어

UTP (Upper Triggering Point) = Upper Threshold Voltage : High로 인식되는 기준 전압

LTP (Lower Triggering Point) = Lower Threshold Voltage : Low로 인식되는 기준 전압

 

마지막으로 히스테리시스에 대해 설명하는 글들도 많은데, 그 이상은 딱히 실무로 알 필요는 없습니다.

 

잘 읽어주셔서 감사합니다 ;)

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