DE2755038C3 - Analogkomparator - Google Patents
AnalogkomparatorInfo
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B1/00—Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values
- G05B1/01—Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values electric
- G05B1/02—Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values electric for comparing analogue signals
-
- G—PHYSICS
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- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
- G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
- G01R19/16585—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 for individual pulses, ripple or noise and other applications where timing or duration is of importance
Description
10
e,
d_E
df
■ta
von der Steigung des Eingangssignals und von der Verzögerungszeit (tj der Komparatorschaltung
abhängigen Wert, sowie eine zweite Stufe (9), die den vorgegebenen Signalpegel am das Schwellensignal verschiebt
2. Analogkomparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (8) das
Schwellensignal mit einem von der Umgebungstemperatur abhängigen Wert erzeugt
3. Analogkomparator nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Eingangssignal ein Sägezahnsignal ist, das
von einem mit einem Steigungssignal angesteuerten Sägezahngenerator mit vorgegebener Steigung
erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (8) ebenfalls mit dem Steigungssignal angesteuert ist
4. Analogkomparator nach Anspruch 3, wobei der Sägezahngenerator (7) einen ersten Random-Access-Speicher (71) umfaßt, der bei Ansteu-
e rung mit digitalen Adressensignalen entsprechende, jeweils eine Steigung angebende Digitalsignale
liefert, sowie einen ersten Wandler (72), der das jeweilige Digitalsignal des Speichers (71) in das
Sägezahnsignal umsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (8) einen zweiten Random-Access-Speicher (81) umfaßt, der an den von
den Digitalsignalen des ersten Speichers (71) angegebenen Speicherstellen jeweils unterschiedliche Werte von Schwellensignalen enthält, sowie
einen Wandler (82), der die digitalen Ausgangssignale des zweiten Speichers (81) in Analogsignale
umsetzt
5. Analogkomparator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Stufe (6) zur
Erzeugung eines der Umgebungstemperatur entsprechenden Digitalsignals vorgesehen ist, und daß
der zweite Speicher (81) durch ein Adressensignal ansteuerbar ist, das das Digitalsignal des ersten
Speichers (71) und das Digitalsignal der dritten Stufe (6) enthält
6. Analogkomparator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe
(9) einen Differenzverstärker (91) umfaßt, der die Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem
vorgegebenen Signalpegel bildet, ferner einen Inverter (93), der das aus der ersten Stufe (8)
stammende Schwellensignal invertiert, eine erste e>o Vergleichereinrichtung (96), die ein Ausgangssignal
erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers (91) und dem
Ausgangssignal des Inverters (93) positiv ist, eine zweite Vergleichereinrichtung (95), die ein Aus- br>
gangssignal erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem Schwellensignal und dem Ausgangssignal des
Differenzverstärkers (91) positiv ist, sowie ein
In Analogkomparatoren der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung ist bei praktisch realisierten Schaltungen der Zeitpunkt, zu dem das
Koinzidenzsignal am Ausgang entsteht, gegenüber dem Zeitpunkt der tatsächlichen Koinzidenz der beiden zu
vergleichenden Signale verzögert Das sich ändernde Eingangssignal hat also zum Zeitpunkt des ausgangsseitigen Auftretens des Koinzidenzsignals den vorgegebenen Signalpegel bereits über- bzw. unterschritten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Analogkomparator anzugeben, bei dem das Koinzidenzsignal genau zu dem Zeitpunkt am Ausgang zur
Verfügung steht, zu dem das Eingangssignal mit dem vorgegebenen Signalpegel übereinstimmt
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegeben.
Die danach vorgesehene Schaltung bewirkt, daß mit der Bildung des Koinzidenzsignals begonnen wird, wenn das
Eingangssignal einen gewissen Schwellenpegel erreicht, der bei steigendem Eingangssignal unter und bei
abnehmendem Eingangssignal über dem vorgegebenen Signalpegel liegt. Die Differenz zwischen dem vorgegebenen Signalpegel und diesem Schwellenpegel, die in
der nachstehenden Beschreibung als Schwellensignal bezeichnet wird, ist nach der im Patentanspruch 1
angegebenen Beziehung derart zu bemessen, daß sie gerade die schaltungsbedingte Verzögerungszeit
kompensiert Da der Abstand zwischen dem vorgegebenen Signalpegel und dem Schwellenpegel umso
schneller durchlaufen wird, je größer die Steigung des Eingangssignals ist, ist das Schwellensignal in Abhängigkeit von der Steigung des Eingangssignals bestimmt
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher
erläutert In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung,
F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Analogkomparators,
Fig.3 ein Schaltbild eines Beispiels für einen konkreten Aufbau des Analogkomparators nach F i g. 2,
Fig.4 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung in F i g. 3,
F i g. 5 ein Schaltbild eines Beispiels, in welchem eine Schaltung zum Schreiben von Information Random-Access-Speichern des Schaltungsaufbaus der
F i g. 3 zugefügt ist, und
Fig.6 eine graphische Darstellung, welche die Beziehungen zwischen dem Schwellenwert und der
Steigung eines Eingangssignals sowie der Umgebungstemperatur zeigt.
F i g. 1 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips eines Analogkomparators gemäß der Erfindung.
In der Figur bezeichnen 2 und 3 Eingangsspannungen, die dem Komparator eingegeben werden und deren
Änderungsgeschwindigkeiten sich voneinander unterscheiden.
Schwellenspannungen e, und el, die den Änderungsgeschwindigkeiten entsprechen, sind so eingestellt, daß
beide Zeiten td\ und td2, in denen die Eingangssignalspannungen
2 und 3, die in Bereiche zwischen Schwellspannungen, die im Komparator eingestellt und
in der Figur schraffiert sind, eingetreten sind, jeweils
eine Zielspannung 1 erreichen, der Verzögerungszeit U
des !Comparators gleich werden. In dieser Weise wird
der Komparator betrieben.
Im einzelnen wird die Schwellenspannung e, mit
ί-jj- j so verändert, daß die folgende Beziehung in bezug
auf die Eingangssignaiamplitude Eerfüllt ist:
/d£
U
U
15
Falls die Verzögerungszeit td oder der Schwellenwert
des Komparators infolge einer Änderung der Umgebungstemperatur usw. schwankt, sollte die Schwellenspannung
e, zweckmäßigerweise so verändert werden, daß diese Schwankung kompensiert wird.
Fig.2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung,
welche ein Analogkomparator zum Nachweis dafür ist, daß eine Sägezahnfunktion deren Steigung beliebig
eingestellt werden kann, eine bestimmte Spannung erreicht hat Das heißt, die Tatsache, daß die durch einen
Sägezahngenerator 7 erzeugte Sägezahnfunktion einen Zielwert 11 erreicht hat, wird mit Hilfe einer
Schwellenwerteinstellschaltung 8, die auf einen der Steigung der Sägezahnfunktion und der Umgebungstemperatur
entsprechenden Schwellenwert eingestellt werden kann, und einer Vergleicherschaltung 9, deren
Schwellenwert variabel ist, nachgewiesen. Mit 4 ist eine
Zielwerteinstellschaltung zur Erzeugung der vorgegebenen Zielspannung 11, mit 5 eine Steigungssignalgeneratorschaltung
zur Erzeugung eines Signals 12, welches die Steigung der Sägezahnfunktion angibt, und mit 6
eine Temperatursignalgeneratorschaltung zur gelegentlichen Feststellung der Umgebungstemperatur und
Erzeugung eines Signals 13, welches die Temperatur angibt, bezeichnet
Fig.3 zeigt den Analogkomparator der Fig.2 im
einzelnen. Der Sägezahngenerator 7 besteht aus einem Random-Access-Speicher (RAM) 71, welcher ein der
Änderungsgeschwindigkeit der Sägezahnfunktion entsprechendes digitales Signal 74 erzeugt indem er als
eine Adresse das die Steigung der Sägezahnfunktion angebende digitale Signal 12 verwendet, aus einem
Digital-Analogwandler (D/A-Wandler) 72, welcher das digitale Signal 74 in eine Analogspannung 75 verwandelt,
und aus einem Integrator 73, welcher zur Erzeugung der Sägezahnfunktion 10 mit der der
Analogspannung 75 entsprechenden Steigung dient.
Die Schwellenwerteinstellschaltung 8 besteht aus einem Random-Access-Speicher 81, welcher ein dem
Schwellenwert entsprechendes digitales Signal 72 erzeugt, indem er als eine Adresse das die Steigung
angebende Signal 12 und das die Temperatur angebende Signal 13 verwendet, und aus einem Digital-Analogwandler
(D/A-Wandler) 83, welcher das digitale Signal
82 in eine Analogspannung 14 verwandelt.
Die Vergleicherschaltung 9 besteht aus einem Differenzverstärker 91 zur Gewinnung eines Differenzsignals
92 zwischen der Zielspannung 11 und der Sägezahnfunkt'on 10, aus einem Inverter 93 zur
Gewinnung eii'er Schwellenspannung entgegengesetzter
Polarität 94. aus Komparatoreinrichtungen 95 und 96 zur Beurteilung, ob das Differenzsignal 92 zwischen die
positiven und negativen Schwellenspannungen 14 und
94 eingetreten ist und aus einem UND-Glied 99 zum Nehmen der UND-Funktion zwischen den Vergleichausgüngen
97 und 98 der entsprechenden Komparatoreinrichtungen 95 und 96. Wenn das Differenzsignal 92 in
den Schwellenspannungsbereich eingetreten ist liefert die Vergleichschaltung 9 ein Koinzidenzzeitsignal 15. In
Fig. 3 sind Daten-wSchreibw-Signale und Daten-»Schreib«-Steuersignale
der Speicher 71 und 81 weggelassen.
Die Wirkungsweise des Schaltungsaufbaus der F i g. 3 wird nun unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm in
F i g. 4 beschrieben.
(3) Die dem Steigungssignal 12 entsprechende Sägezahnfunktion 10 und der Zielwert 11 werden als
Eingangssignale der Vergleichschaltung 9 eingegeben. Das Differenzsignal 92, die positive Schwellenspannung
14 und das negative Schwellenspannungssignal 94 nehmen dabei jeweils die in F i g. 4 auf dem Zeitdiagramm
gezeigte Form an.
(2) Wenn die Sägezahnfunktion 10 in den schraffierten Bereich des Schwellenwerts am Zielwert eingetreten
ist fällt das Differenzsignal 92 in den Bereich zwischen dem positiven Schwellenwert 14 und dem
negativen Schwellenwert 94. Die Ausgangssignale 97 und 98 der entsprechenden Komparatoreinrichtungen
95 und 96 beinhalten zeitliche Verzögerungen usw. und werden zu Nachweissignalen, die mit den gleichen
Bezugszeichen bei (a) in F i g. 4 angegeben sind. Diese werden durch das UND-Glied 99 in das Koinzidenzzeitsignal
15 verwandelt, dessen Auftreten die Koinzidenzzeit der Sägezahnfunktion 10 mit dem Zielwert 11
angibt
(3) In einem Fall, wo die Steigung der Sägezahnfunktion 10 steil wird, werden die Schwellenspannungen 14'
und 94' in el und — el, wie bei (b) in F i g. 4 gezeigt
ausgedehnt wodurch die Ausgabe eines Koinzidenzzeitsignals 15' zu der Zeit entsteht zu der eine
Sägezahnfunktion 10' mit einem Zielwert 11' nach der Verzögerungszeit des Komparators zusammengefallen
ist.
Auf diese Art wird das Steigungssignal 12 entsprechend
der Änderung der Steigung der Sägezahnfunktion geändert Auf diese Weise wird es möglich, das
Koinzidenzzeitsignal korrekt herauszunehmen.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wurde als Beispiel dargelegt, beide Schwellenwerte, den positiven
und negativen, + e, und — et für den Zielwert einzustellen.
In einem Fall jedoch, wo die Richtung der Zunahme eines Eingangssignals in eine bestimmte Richtung
festgelegt ist kann einer der beiden Schwellenwerte eingestellt werden.
F i g. 5 zeigt einen Schaltungsaufbau, bei welchem die »Schreib«-Funktion den RAM's 71 und 81 der
Ausführungsform der F i g. 3 zugefügt ist. Sie dient dazu klarzumachen, wie der Schwellenwert auf die Änderung
der Steigung der Sägezahnfunktion oder die Änderung der Umgebungstemperatur hin bestimmt.
(a) Zunächst werden die optimalen Schwellenspannungen e(v, T), die eine Schaltungsverzögerung in
Rechnung stellen, wenn sich die Steigung ν der Rampenfunktion und die Umgebungstemperatur T
geändert haben, vorweg in einem erwarteten Arbeitsbereich berechnet. Das Resultat ist in F i g. 6 dargestellt.
Auf der Grundlage des Resultats wird eine Tabelle e(vm
Tn) aus herausgegriffenen Werten der optimalen Schwellenspannungen, wie sie durch O in Fig.6
markiert sind, hergestellt Im Beispiel der F i g. 6 nimmt m die Werte von 1 bis 4 und π die Werte von 1 bis 3 an,
und es ergeben sich insgesamt 12 Setzpunkte von herausgegriffenen Werten. Wenn die betrachtete
Änderungsgeschwir digkeit oder Umgebungstemperatur sich kontinuierlich ändert, kann sie in einer
bestimmten Einheit quantisiert werden, und die entsprechenden Einheitsgrößen können zu den herausgegriffenen
bzw. Probenwerten gemacht werden.
(b) Der Random-Access-Speicher zur Angabe von Schwellenwerten 81 wird hergerichtet, dessen
Adressensignale die Setzpunkte (m, n)der Steigung und der Temperatur sind und dessen Inhalt e(vm Tn) ist.
Konkret gesprochen, werden m und η als die Adresseneingangsgrößen !2 bzw. die Adressenein- !5
gangsgrößen 13 für den Random-Access-Speicher 81 eingegeben, e(vm Tn) wird als ein Dateneingangssignal
84 eingegeben und ein »Schreib«-Freigabesignal 85 eingeschaltet, wodurch die Tabelle von Schwellenwerten
in den Random-Access-Speicher 81 geschrieben wird.
Der Random-Access-Speicher zur Angabe der Steigungen 71 wird ähnlich in einer Weise hergerichtet,
daß m als Adressensignal 12 und vm als Eingangsdaten
76 eingegeben werden und daß ein »Schreib«-Freigabesignal 77 eingeschaltet wird.
Dann werden die Anordnungen zur Verwendung der RAM's 71 und 81 gemacht
(c) Um die Schwellenspannung entsprechend Steigung und Temperatur zu erhalten, werden m und η als
die Adresseneingangssignale 12 bzw. 13 des Random-Access-Speichers zur Angabe der Schwellenwerte
81 eingegeben. Auf diese Weise kann die Schwellenspannung e(vm Tn) am Ausgang 82 als binäres Signal
geliefert werden. Durch Eingabe des binären Signals in den D/A-Wandler 83 läßt sich die analoge Schwellenspannung
dfvm, Tn) a\s Ausgangssigna! 14 erhalten.
Andererseits wird m als Adresseneingangssignal 12 in
den Adressenanschluß des Random-Access-Speichers zur Angabe der Steigungen 71 eingegeben. Auf diese
Weise läßt sich ein der Steigung entsprechendes binäres Signal als Ausgangssignal 74 gewinnen. Durch Eingabe
des binären Signals in den D/A-Wandler 72, kann dii Analogspannung zur Angabe der Steigung als Aus
gangssignal 75 gewonnen werden. Diese Spannung wire zum Eingangssignal für den die Sägezahnfunktioi
erzeugenden Integrator 73, und die die angegeben! Steigung aufweisende Sägezahnfunktion kann erzeug
werden.
Auf diese Weise kann der Schwellenwert de; !Comparators leicht entsprechend der Steigung dei
Sägezahnfunktion und der Umgebungstemperatur ver ändert werden. Dementsprechend ist selbst in Fällen, wc
die Steigung der Sägezahnfunktion häufig veränder wird oder wo sich die Verzögerungszeit eines Element!
infolge einer Änderung der Umgebungstemperatui ändert, eine Steuerung des Schwellenwertes allein durrf
elektrische Veränderung von Parametern (beispielswei se von m und η in der Erläuterung der F i g. 5) möglich
und sie kann gut mit beispielsweise einem Rechnei durchgeführt werden. Mit dem Vorhandensein einei
Parameteränderung in der Schaltung, die im Laufe dei Zeit vor sich geht, wird man fertig, indem e(vm Tn
neuerlich in den Random-Access-Speicher 81 geschrie ben wird, wobei eine Änderung der Hardware nichi
notwendig ist
In obigem wurde der Fall beschrieben, wo eir bestimmter Wert als Geschwindigkeitsänderung eine;
Signals eingestellt wird. Im allgemeinen ist es jedoch
möglich eine bestimmte Geschwindigkeit aus einei erzeugten Funktion festzustellen und sie zu verwenden.
Wie oben dargelegt, wird es durch die Erfindung möglich, einen Analogkomparator bereitzustellen, dei
zu einem präzisen Pegelnachweis selbst bei Vorhandensein einer Änderung der Steigung eines Eingangssignals
einer Änderung der Umgebungstemperatur, einei Parameteränderung im Laufe der Zeit usw. in der Lage
ist Zu den konkreten Verwendungsmöglichkeiter gehören Anwendungen auf eine graphische Anzeige
eine Musterzeichenvorrichtung und ein Meßinstrument bei welchen ein Elektronenstrahl exakt auf einer
Zielpunkt gesetzt werden muß. Die Erfindung diem dazu, die Leistungsfähigkeit solcher Apparaturen zi
steigern.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Analogkomparator, der ein Koinzidenzsignal
erzeugt, wenn ein eine Steigung (dE/dt) aufweisendes Eingangssignal einen vorgegebenen Signalpegel
erreicht, gekennzeichnet durch eine erste Stufe (8) zur Erzeugung eines Schwellensignals (ej
mit einem gemäß der Beziehung
UND-Glied (99), das die Ausgangssignale der beiden Vergleichereinrichtungen (95, 96) einer UND-Verknüpfung unterwirft
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP14840376A JPS5372667A (en) | 1976-12-10 | 1976-12-10 | Analogue comparator |
Publications (3)
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DE2755038A1 DE2755038A1 (de) | 1978-06-15 |
DE2755038B2 DE2755038B2 (de) | 1979-09-20 |
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Family
ID=15451991
Family Applications (1)
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DE (1) | DE2755038C3 (de) |
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- 1977-12-09 CA CA292,798A patent/CA1081330A/en not_active Expired
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Free format text: STREHL, P., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING. SCHUEBEL-HOPF, U., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN |