hysteresis가 뭐야

hysteresis의 한국어 뜻은 히스테리시스입니다. 라는 도움 안되는 구글 번역

이력현상이라고 한국어로 번역이 되는데 이에 대한 설명을 찾으면 다음과 같이 나온다.

어떤 물리량(物理量)이 현재의 물리 조건만으로는 결정되지 않고, 그 이전에 그 물질이 경과해 온 상태의 변화 과정에 의존하는 현상. 이것이 현저하게 나타나는 것에는 강자성체(强磁性體)의 자화(磁化), 탄성의 변형 등이 있음. 

 "그 물질이 경과해 온 상태의 변화 과정에 의존하는 현상"

이건 과거 수치를 피드백 받아서 현제 상태가 결정된다는 그런 의미로 들린다. 실제로 op-amp에 피드백 루프를 추가해서 설명하고있기도 하다. 하지만 electronic에서 hysteresis는 저런 정의만 가지고는 이해가 잘 안된다.

문제상황이 무엇인지 살펴보자.

비교기는 입력 값과 threshold 값을 비교해서 출력을 하게된다.  입력 값이 threshold를 한번에 지난다면 좋겠지만 입력 값이 느리게 변한다고 할 때 (혹은) 노이즈로 인해 입력값이 threshold 값 주위에서 왔다갔다 하게 된다. 그러면 의도치 않은 비교출력을 하게된다. 이러한 상황은 출력 값의 오실레이팅이나 출력기기의 chattering을 발생시킬 수 있다.

원인

threshold가 구간이 아닌 한 지점으로 되어있기 때문에 이러한 문제가 발생한다. 위의 문제상황에서 보통은 피드백 루프를 통한 지연을 통해 노이즈로 인한 출력을 억제할 수 있지만 입력신호의 값이 워낙 천천히 바뀌는 경우라면 일정 시간의 지연만으로는 문제를 해결할 수 없는 경우가 생긴다.

해결방법

threshold가 구간을 가지도록 한다. 예를들면 on-threshold는 높게, off-threshold는 낮게 설정해두면 on 되고나서 작은 값의 변화에 의해 off되거나 하는 경우가 없어지게 된다. 반대의 경우도 마찬가지.

자세한 내용은 생략하겠지만(영상에 잘 나옴) op-amp에 저항을 적절히 달아서 두 개의 threshold 구간을 만들어주는 것이 포인트.

회로나 소자 내에  hysteresis가 있다는건 슈미트트리거가 있다는 것과 동일한 표현이다. 지금까지 슈미트 트리거는 알면서 hysteresis는 모르고 있었다니...

느리게 변한다고 하는 예시가 꼭 초, 분단위의 시간을 의미하는 것은 아니다. 디지털 로직에 따라서는 수us내로 조절해주어야하는 경우도 있기 때문에 느리다는 것은 스팩보다 느린것을 의미하는 상대적 표현임을 유의하자.

결국 EEVBlog로 향하게 된다. 이렇게 깔끔하고 종합적으로 세세한 내용까지 다 다뤄주는 매체가 많지 않다. 있다면 몇몇 칩 회사의 문서 정도?