ما هو مذبذب Schmitt trigger في الاتصالات

مع زيادة عرض النطاق الترددي للاتصالات والتردد يتطور أيضاً مستوى تطوير تكنولوجيا الاتصالات باستمرار ولقد تحول مقياس إنترنت الأشياء “IoT”، من اتصال من نقطة إلى نقطة إلى اتصال شبكي بين أجهزة الاستشعار، ومع ذلك فإنّ المستشعرات الكبيرة التي تخدم البنية التحتية تضع عبئاً على المراقبة في الوقت الفعلي ونقل البيانات وحتى تحليل البيانات.

ما هو مذبذب Schmitt trigger

مذبذب “Schmitt trigger”: هي بوابات خاصة لا تستجيب لعتبة جهد واحدة في مدخلاتها، وبدلاً من ذلك تستجيب مدخلاتهم لجهد عتبة مرتفع واحد أعلى وعتبة واحدة هبوطية أقل، وعندما يتجاوز جهد الإدخال عتبة الارتفاع يُنظر إلى المستوى المنطقي للإدخال على أنّه مرتفع، وكلما انخفض جهد الإدخال إلى ما دون عتبة السقوط يعتبر الإدخال منخفضاً، وهذا يعني أنّ مدخلات “Schmitt Trigger” لديها بعض الوسائل لاستدعاء مستواها الحالي وهو المستوى الأخير الذي تغيرت إليه، ويُعرف هذا السلوك بالتباطؤ وهو مثالي لمؤشرات التذبذب.

• “IoT” هي اختصار لـ “Internet of things”.

أساسيات مذبذب Schmitt trigger

تم توضيح طريقة معالجة المعلومات بشكل تجريبي باستخدام مذبذب الزناد غير الخطي من نوع “Schmitt”، كما تم تنفيذ مفهوم مستوحى من الخلايا العصبية يسمى حوسبة المستودعات وتُستخدم مهام التنبؤ بتردد المزامنة كمعايير لتقليل الحمل الحسابي، كما يتأثر تردد التذبذب في المذبذب بإدخال المستشعر ممّا يؤثر بشكل أكبر على نمط تخزين الشبكة العصبية المتذبذبة.

كما تم إظهار طريقة لمعالجة المعلومات عن طريق التدريب وتعديل أوزان الشبكة العصبية الإلكترونية الجوهرية لتحقيق تنبؤ الخطوة التالية، كما تتم التحقق من التأثيرات على تردد مذبذب فردي في شبكة عصبية متذبذبة مقترنة في ظل أوضاع غير متزامنة وتزامن، حيث يتم استخدام تحليل المكون الأساسي “PCA” لتقليل بُعد البيانات ويتم استخدام جهاز ناقل الدعم “SVM” لتصنيف البيانات المتزامنة وغير المتزامنة.

كما حدد هذا المذبذب بوزن اقتران أقوى أي مقاومة اقتران أقل باعتباره مذبذباً رائداً، حيث من محاكاة المذبذب وعندما يعمل “OSC1″ و”OSC2” كمذبذب رئيسي يحقق “ONN” دائماً التزامن، ويكون تردد التزامن قريباً من متوسط ​​قيمة المذبذبات الرائدة1م حيث من خلال تدريب البيانات المتزامنة وغير المتزامنة الناشئة يمكن التنبؤ بحالة التزامن لمجموعة بيانات غير معروفة، كما يمكن تحقيق استرجاع الوزن عن طريق ضبط ميل وانحياز حدود الفصل.

• “OSC” هي اختصار لـ “oscillator”.

• “PCA” هي اختصار لـ “Printed Circuit Assembly”.

• “SVM” هي اختصار لـ “support vector machine”.

مبدأ عمل مذبذب Schmitt trigger

يتم نقل الضوضاء إلى العاكس العادي على عكس محولات “Schmitt Trigger” أي يمكن رؤية هذه الضوضاء في الحافة الصاعدة الأمامية وحافة السقوط الخلفية لمخرج “74LS04″، كما يحدث هذا لأنّ “74LS04” يستجيب لعتبة واحدة في مكان ما حول “1.2V”.

كما أنّ الأوقات المختلفة التي تتفاعل فيها محولات “Schmitt Trigger” أولاً وأخيراً، حيث يتوافق هذا الاختلاف مع الفولتية التخلفية المختلفة أي الفرق بين عتباتهم، كما يحتوي جهاز “4093” على تباطؤ أكبر ممّا يعني أنّه يتمتع بمناعة أفضل ضد هذا النوع من الضوضاء، ومن هذه النقطة فصاعداً يكون ارتفاع عتبة الجهد “VT+” والجهد عتبة هبوط هو “VT -“.

مشغل شميت عبارة عن دائرة مقارنة تستخدم التغذية الرجعية الإيجابية أي التغييرات الصغيرة في المدخلات تؤدي إلى تغييرات كبيرة في النواتج في نفس المرحلة، ولتنفيذ التباطؤ أي كلمة خيالية للإجراء المتأخر وتستخدم في إزالة الضوضاء من الإشارة التماثلية أثناء تحويلها إلى إشارة رقمية.

والمقارنات بطبيعتها سريعة جداً لأنّها تفتقر إلى المكثف التعويضي الموجود في أبناء عمومتهم من “op-amp”، كما لا تقتصر المقارنات على معدل ناتج كبير وأوقات الانتقال في حدود نانوثانية وتحتوي المقارنات أيضاً على مدخلات حساسة بشكل خاص بسبب مكاسبها العالية جداً، وحتى التغييرات الصغيرة في المدخلات يمكن أن تسبب تغيراً فورياً في حالة المخرجات.

تزداد هذه المشكلة سوءاً عندما تصل إشارات الإدخال التفاضلي إلى المنطقة الميتة أي الحد الأدنى من الجهد التفاضلي للإدخال المطلوب للحفاظ على ناتج مستقر، وضمن هذا النطاق الضيق ليس لدى المقارنة أي فكرة عمّا يجب فعله بإخراجها ممّا يؤدي إلى شيء يسمى الناتج المتأرجح، وتحدث هذه المشكلة أيضاً مع الإشارات التي لها وقت انتقال بطيء وتقضي إشارة الإدخال وقتاً كافياً في المنطقة الميتة أي بالإشارة إلى الجهد المرجعي لإنشاء انتقالات ناتج متعددة.

تطور عمل مذبذب Schmitt trigger

يستخدم مشغل “Schmitt” ردود الفعل الإيجابية فهو يأخذ عينة من المخرجات ويغذيها مرة أخرى في المدخلات من أجل “تعزيز” الناتج، وهو عكس التغذية المرتدة السلبية تماماً والتي تحاول إبطالها أي تغييرات على النواتج.

خاصية التعزيز هذه مفيدة فهي تجعل المُقارن يقرر حالة المخرجات التي يريدها وتجعلها تبقى هناك حتى ضمن المنطقة الميتة عادةً، كما أنّ جهد الإدخال أقل من الجهد المرجعي عند الدبوس غير المقلوب وبالتالي يكون الناتج مرتفعاً، وV هو جهد الدخل المرجعي الذي يخلق تحيزاً ثابتاً عند الإدخال غير العكسي، ونظراً لأنّ الناتج مرتفع من خلال المقاوم للسحب فإنّ هذا يخلق مساراً حالياً من خلال المقاوم الارتجاعي ممّا يزيد قليلاً من الجهد المرجعي.

عندما يتجاوز إدخال الجهد المرجعي ينخفض ​​الناتج، وعادة لا يؤثر هذا على الجهد المرجعي بأي شكل من الأشكال، ولكن نظراً لوجود مقاومة ردود فعل فإنّ الجهد المرجعي ينخفض ​​قليلاً عن القيمة الاسمية لأنّ التغذية المرتدة والمقاوم المرجعي الأدنى متوازيان فيما يتعلق بالأرض، أي منذ انخفاض الناتج “Schmitt” ذلك الطرف من المقاوم على الأرض، ونظراً لانخفاض الجهد المرجعي فلا توجد فرصة لحدوث تغيير طفيف في المدخلات ممّا يؤدي إلى انتقالات متعددة.

لجعل الناتج مرتفعاً يجب أن يتجاوز الإدخال الآن الحد الأدنى الجدي، وبمجرد التقاطع يرتفع الناتج ويتم “إعادة تعيين” الدائرة إلى التكوين الأولي، كما يجب أن يتجاوز المدخل العتبة مرة واحدة فقط ممّا يؤدي إلى انتقال نظيف واحد وتحتوي الدائرة على عتبتين أو حالتين فعالتين وإنّها ثنائية الاستقرار.

تطبيقات مذبذب Schmitt trigger

تجد مشغلات “Schmitt” مجموعة واسعة من الاستخدامات في الغالب كمدخلات منطقية، وليس من الجيد أن يكون لديك عتبة منطقية واحدة، وفي حالة وجود إشارات صاخبة أو بطيئة قد ينتج عن انتقالات نواتج متعددة، وعند قراءة ورقة البيانات بأي شريحة منطقية ستجد أنّه تم تحديد عتبتين أحدهما للحافة الصاعدة والآخر للحافة المتساقطة وهذا دليل على إجراء إدخال شميت.

1- المذبذبات البسيطة

إنّ وجود عتبتين يمنح شميت القدرة على تشغيل “555” مثل القدرة على التصرف مثل المذبذبات التي يمكن التنبؤ بها، كما تكتشف البوابة هذا كمدخل منخفض وتضبط الناتج عالياً ونظراً لأنّها بوابة معكوسة يبدأ المكثف بالشحن حسب اعتقاد المقاوم R، وبمجرد الوصول إلى الحد الأعلى تنقلب البوابة إلى ناتج منخفض ممّا يؤدي إلى تفريغ المكثف إلى الحد الأدنى وممّا يوفر ناتج تردد يمكن التنبؤ به.

2- مفاتيح Debouncing

المفاتيح الميكانيكية كمدخلات منطقية ليست بالضبط أفضل فكرة، وتميل جهات اتصال المفتاح إلى أن تكون زنبركية إلى حد ما، ممّا يتسبب في الكثير من الاهتزازات غير المرغوب فيها والتي يمكن أن تتسبب مرة أخرى في حدوث انتقالات ومواطن ضعف أخرى على طول الخط.