Устройство сравнения аналоговых сигналов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 511 4 Н 03 К 3/22 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(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 элементыИЛИ 5, Это позволяет повысить вероятность срабатывания устройства при разности сравниваемых сигналов, заключенной в интервале между максимальным и минимальным порогами компаратора 3. 1 ил.1Е(х) = - ах,50 1Изобретение относится к техникеамплитудных компараторных схем сравнения и может быть использовано дляпостроения различных средств измерения - компенсационных и сравнения,а также различных средств контроляповьппенной чувствительности и надежности.Целью изобретения является увеличение точности сравнения за счет повьппения вероятности срабатывания устройства при разности сравниваемыхсигналов, заключенной в интервалемежду максимальным и минимальным порогами компаратора при одновременном 15повышении его надежности.На чертеже представлена схемапредлагаемого устройства,Устройство сравнения аналоговыхсигналов содержит вход 1 измерительного сигнала, вход 2 опорного сигнала,компаратор З,параллельно включенные дополнительные компараторы 4,входы которых подключены к компаратору 3, а выходы - к элементу И 11 И 5, 25выход б,Внутренний шум компаратора приводит к шуму порога и, -тем самым, к погрешности компарированчя. Предельныепороговые напряжения компаратора, 30обусловленные максимальным и минимальным значениями шума, равны - ди +6, и поэтому погрешность компарирования у(д) можно считать распределенной по треугольному закону где Д - порог компаратора, математическое ожидание которого рав но нулю.Распределение Г(х) измеряемой величины можно принять равномерным: где х )д - предел измеряемой величины. Известно, что вероятность ложного решения компаратора равна-п 3где у - текущее значение опорного напряжения меры,После подстановки в последнееуравнение выражений соответствующихраспределений получим 2 о у э о У=-- (Л+ ГаЗа Д - сх=- --- а(а+ 1 Ю х хГд 7 ОЗУ О д -ХЕсли 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 пээхпараллельно включенных компараторов очевидно будет удовлетворять неравенству уДля компаратора, эквивалентного и параллельно включенным компаратоЫэкрам, у = в ,. В соответствии с неэ бхравенствомр, можно записатьдЭ)дГ) эк ЕЭбхн (бхйТаким 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 сигналаравен 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 и компараторов в данный момент времени первым при13109уравновешивании сигналов в зоне чувствительности сработает тот из них, мгновенный порог которого при действии шума оказался меньше относительно мгновенных порогов остальныхкомпараторов.Как уже отмечалось, из-за шума в компараторе существуют два предельных пороговых напряжения: минимальное - 31 и максимальное +В, об разующие зону (интервал) чувствительности. Серединой этого интервала является установленное значение опорного напряжения меры. При попадании уровня измеряемой величины в шумящий интервал между порогами, т.епри 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 того 1 что измеряемая величина превысит уровень минимального луктуирующего порога компаратора и он не сработает, равна Р; (=1,2. и). Тогда вероят.ность события А - ни один из компараторов параллельной группы не сра ботает - будет равна произведению Р., т.е, Р(А)= П Р так как события, 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 Р(А)=1-Р(А), т.е, с увеличением количества параллельно соединенных компараторов вероятность срабатывания хотя бы одного компара 55 тора Р(А) возрастает, т.е. возрастает вероятность срабатывания всего устройства сравнения в целом при зна 99 4чениях измеряемой величины, близкихдаже к минимальному порогу одного изкомпараторов.Допустим, что вероятность срабатывания каждого компаратора подчиняется закону равномерной плотности распределения. Для простоты все компараторы полагаем идентичными. Тогдапри значении измеряемой величины,превышающей минимальный порог компаратора всего на 207 от всего интервала между порогами, вероятность срабатывания устройства, состоящего изодного компаратора, составит Р,(Л)=0,2, вероятность срабатывания устройства, состоящего иэ 6 компараторов Р(А)=0,79, а для 8 компараторовРв(А)=0 83При значении измеряемой величины, достигающей уровня, соответствующего 807. интервала между порогами,Г(А)=0,96, Рь(А)=0,998, Р (А)=0,999Таким образом, с ростом числа компараторов вероятность срабатыванияустройства возрастает в интервалеминимального и максимального пороговэтих компараторов,Более существенно эффект возрастает при нормальном законе распределенияНаряду с повьппением точности сравнения благодаря использованиюгруппы параллельно соединенных компараторов соответственно повышается инадежность устройства.Формула изобретенияУстройство 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 имаксимальным порогами компараторапри одновременном повьппении его надежности, 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.