Устройство сравнения аналоговых сигналов

 

Изобретение относится к технике амплитудных компараторных схем сравнения и может быть использовано для построения различных средств измерения ., Цель изобретения - увеличение точности сравнения. Для этого в устройство , содержащее компаратор 3, введены компараторы 4 и элементы ИЛИ 5. Это позволяет повысить вероятность срабатывания устройства при разности сравниваемьк сигналов, заключенной в интервале между максимальным и минимальным порогами компаратора 3. 1 ил. с S (Л 4 со со со со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (А)1 4 Н 03 К 3/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ! (21 ) 3705900/24-21 (22) 02.03.84 (46) 15.05.87. Бюл. Ф 18 (72) С.Г.Алексеев, А.С.Бондаревский и M.M.Ãåëüìàí (53) 62) . 318(088.8) (56) Шило В.П. Линейные интегральные. схемы. М.: Советское радио, 1979, с. 216-220, рис. 5.1.

„„Я0„„1310999 А 1 (54) УСТРОЙСТВО СРАВНЕНИЯ АНАЛОГОВЫХ

СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к технике амплитудных компараторных схем сравнения и может быть использовано для построения различных средств измерения., Цель изобретения — увеличение точности сравнения. Для этого в устройство, содержащее компаратор 3, введены компараторы 4 и элементы

ИЛИ 5, Это позволяет повысить вероятность срабатывания устройства при разности сравниваемых сигналов, заключенной в интервале между максимальным и минимальным порогами компаратора 3. 1 ил.! 3)0999 откуда (47

Г43 (6 ) в-"

)

Изобретение относится к технике амплитудных KoMfIBpBTopHblx схем сравнения и может быть использовано для . построения различных средств измерения — компенсационных и сравнения, а также различных средств контроля повышенной чувствительности и надежности.

Целью изобретения является увеличение точности сравнения за счет по- 10 вышения вероятности срабатывания устройства при разности сравниваемых сигналов, заключенной в интервале между максимальным и минимальным порогами компаратора при одновременном 15 повышении его надежности.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство сравнения аналоговых сигналов содержит вход 1 измеритель- 20 ного сигнала, вход 2 опорного сигнала,компаратор З,параллельно включенные дополнительные компараторы 4, входы которых подключены к компаратору 3, а выходы — к элементу ИЛИ 5, 25 выход 6.

Внутренний шум компаратора приводит к шуму порога и, -тем самым, к погрешности компарирования. Предельные пороговые напряжения компаратора, 30 обусловленные максимальным и минимальным значениями шума, равны †)4) и + (Ь), и поэтому погрешность компарирования (д) можно считать распределенной по треугольному закону

2 о У о

y = — — — ()+ ГЙЗ d 8 ) — dx=- — --- 4 (a+

1 (д) 2 ) х „х н ГЛ 3 2

-Г03 ) ч О 2

+(83)

= — — — — :-- + p))= — —-,У 1 ) Р нк2 73 > 3 j,()2 3

И1 (1

Если в устройстве сравнения использовать в параллельно включенных, компараторов, то действие внутреннего шума в каждом из них оказывается независимым, т.е. характеристики шумов являются некоррелированными.

Если для упрощения (с целью показать тенденцию эффекта) принять, что вероятности ошибочных решений всех компараторов равны между собой, то вероятность ъ ошибочного решения п рк параллельно включенных компараторов очевидно будет удовлетворять неравенству у

Для компаратора, эквивалентного и параллельно включенным компаратоЫ к рам, у = †.---. В соответствии с не6хя и равенством, можно записать сэр в

Г4 эк fD3

---- 7g бх„(бх„)"

f (х) = — dx, хН где х H — предел измеряемой величины.

Известно, что вероятность ложного решения комп аратор а р ав на

Р Y-й

V(4) а (х) )х, -(л) где у — текущее значение опорного напряжения меры.

После подстановки в последнее уравнение выражений соответствующих распределений получим где 4 — порог компаратора, математическое ожидание которого рав- 0 но нулю.

Распределение f (х) измеряемой величины можно принять равномерным:

Таким образом, порог эквивалентного компаратора оказывается меньше порога отдельного компаратора из группы параллельно включенных. Этот эффект снижения порога, как видно из последнего выражения, нелинейно возрастает с ростом числа параллельно соединенных компараторов. Так, например, если порог одного компаратора равен 10 мВ, а предел измеряемого сигнала равен 10000 мВ, то уже при трех параллельно соединенных компараторах порог компарирования уменьшится (вследствие уменьшения влияния приведенного ко входу шума).в

10 раз. Таким образом обеспечивается возможность повысить чувствительность средств измерений, а в цифровых приборах уменьшить шаг.и тем самый погрешность квантования по уровню. физически описанный эффект можно обьяснить тем, что из п компараторов в данный момент времени первым при

13109 уравновешивании сигналов в зоне чувствительности сработает тот из них, мгновенный порог которого при дей— ствии шума оказался меньше относительно мгновенных порогов остальных компараторов.

Как уже отмечалось, из-за шума в компараторе существуют два предельных пороговых напряжения: минимальное — (Д1 и максимальное +(Й), образующие зону (интервал) чувствительности. Серединой этого интервала является установленное значение опорного напряжения меры. При попадании уровня измеряемой величины в шумящий интервал между порогами, т.е ° при разности сравниваемых сигналов, заключенной в этом интервале, существует определенная вероятность срабатывания компаратора. Причем эта вероятность уменьшается при стремлении разности сигналов к минимальному порогу (в цифровых приборах сказанное проявляется в увеличении неопре — . деленности отсчета младшего разряда),25 приводит к необходимости увеличения опорного напряжения еще на один квант, что и обусловливает погрешности преобразования, а при приближении разности сравниваемых сигналов к максимальному порогу вероятность срабатывания компаратора увеличивается.

Допустим, вероятность того1 что измеряемая величина превысит уровень минимального фпуктуирующего порога компаратора и он не сработает, равна Р; (i=1,2,...,и). -Тогда вероят.ность события А — ни один из компараторов параллельной группы не сра- 4 ботает — будет равна произведению и

P., т.е. Р(А)= П P., так как события, 1

;=1 заключающиеся в том, что не сработает один, или два, или т.п. и иэ и компараторов, являются независимыми.

Естественно, что Р(А) (Р; и с увеличением и Р(А) уменьшается. События

А, заключающееся в том, что сработает хотя бы один компаратор, или два, или и, является дополнительным по отношению к событию А и согласно теории вероятностей P(А)=1-Р(А), т.е. с увеличением количества параллельно соединенных компараторов вероятность срабатывания хотя бы одного компара55 тора P(A) возрастает, т.е. возрастает вероятность срабатывания всего устройства сравнения в целом при зна99 4 чениях измеряемой величины, близких даже к минимальному порогу одного из компараторов.

Допустим, что вероятность срабатывания каждого компаратора подчиняется закону равномерной плотности распределения. Для простоты все компараторы полагаем идентичными. Тогда при значении измеряемой величины, превышающей минимальный порог компаратора его на 20Яот всего интервала между порогами, вероятность срабатывания устройства, состоящего из одного компаратора, составит Р,(Л)

=0,2, вероятность срабатывания устройства, состоящего иэ 6 компараторов Р< (A) =0, 79, а для 8 компараторов

Рв(A) 0 83

При значении измеряемой величины, достигающей уровня, соответствующего 807. интервала между порогами, Г„(Л) =О, 96, P ь (A) =0, 998, Р (A) =О, 999.

Таким образом, с ростом числа компараторов вероятность срабатывания устройства возрастает в интервале минимального и максимального порогов этих компараторов.

Более существенно эффект возрастает при нормальном законе распределения ° Наряду с повьппением точности сравнения благодаря использованию группы параллельно соединенных компараторов соответственно повышается и надежность устройства.

Формула изобретения

Устройство сравнения аналоговых сигналов, содержащее компаратор, первый вход которого соединен с шиной измеряемого сигнала, а второй вход — с шиной опорного сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности сравнения за счет повьппения вероятности срабатывания устройства при разности сравниваемых сигналов, заключенной в интервале между минимальным и максимальным порогами компаратора при одновременном повьппении его на дежности, введены элемент ИЛИ и группа дополнительных компараторов, первые входы которых соединены параллельно с первым входом, а вторые входы соединены параллельно с вторым входом компаратора, а выходы всех компараторов подсоединены к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к выходу устройства.