CN1346542A - 比较电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种比较电路,包括一个比较器,此比较器具有一个开关阈值T₁。由输入信号受干扰而引起的、所不希望存在的输出端信号颤动将通过监控电路加以抑制,此监控电路的作用在于,电路的输出端在切换到另一个逻辑电平之后可以持续被阻塞返回到原逻辑电平,直到输入信号达到比开关阈值T₁更高的第2阈值T₂为止。

Description

比较电路

本发明涉及一种比较电路。

比较器的用途在于将一个输入量，例如一个输入电压变换成一个逻辑状态。如果此输入电压低于比较器的阈值，则比较器的输出电压置于第1逻辑电平，例如L，如果此输入电压高于其阈值，则输出电压置于第2逻辑电平，例如H。

比较器性能的判据是所规定的特定开关阈值的精度。在外围电路部分应用的传感器或比较器方面经常遇到的问题是比较器的输入信号附带着干扰或噪声。这将导致此比较器以较快的随动在逻辑电平L和H之间反复切换。这种信号的颤动是不希望存在的，特别是当例如拟计数某些事件或者拟由一个外部信号产生一个脉冲时应避免信号颤动。

一个人们熟知的补救措施是给比较器配装上滞后功能。在这种情况下，输入信号应克服的阈值，在由L切换至H时应高于由H返回L时的阈值。如果使这两个开关阈值的差距大于可能出现的干扰的幅度，则单一性的信号评估是可能的。这种抗干扰的安全性是以开关阈值的精度为代价的，因为此开关阈值分离成两个数值，如果这样选择这两个开关阈值，即上限值和下限值分别对称的置于实际所期望开关阈值的两侧，则尽管总共的偏差最小，但是现在没有开关阈值准确的位于它实际应在的数值。如果仅仅想计数某些事件，则这并没有什么影响。但是如果除此之外、例如在传感器技术中还应准确的定位或确定时间时，则这种情况是有害的。例如当采用应处理近似正弦波信号的传感器时，例如齿轮传感器，出于精度的原因，在信号过零时切换是有利的，然而出于抗干扰安全性的原因似乎应在信号峰值附近切换。

因此，本发明的任务在于提供一种比较电路，此电路具有精确的，完全没有滞后的开关阈值，但是仍能提供抗干扰的安全性，从而避免了有害的信号颤动。

此项任务是通过一种具有权利要求1所述特征的比较电路加以解决的。根据本发明所不希望的信号颤动是这样排除的，即电路输出端在从第1逻辑电平切换至第2逻辑电平之后一段时间加以封闭阻止回接，直到输入信号达到高于第1比较器K1的开关阈值T₁的第2开关阈值T₂为止。电路输出端的开关阈值是由第1比较器K1的开关阈值T₁决定的，但是切换时刻则与输入信号是否以及何时达到第2阈值相关。

本发明其它的、有利的电路结构由各项从属权利要求加以阐述。

按照本发明的一个电路结构，监控电路包括一个带有滞后功能的第2比较器K2，其输入端与电路输入端E相连，以及一个逻辑电路LS。此电路是这样实施的，即比较器K1只有当输入的信号E足够大到能够切换具有滞后功能的比较器K2时才给出的一个信号。当输入信号过小时不能转换成输出信号。尽管比较器K2并不直接影响输出端本身，但是它应该释放此电路，以便比较器K1重新回接，并且可以对一个新的输出边发生作用。

在本发明的一个特别有利的电路结构中配置了一个复位电路，用此电路可以将比较电路引至一个特定的输出状态，此状态与比较器K1，K2在加上复位信号时具有怎样的开关状态无关。此复位电路的意义在于，比较器K1最初的转换(最初的输出边)不是通过一个复位事件或者不是通过复位终端决定的，而首先是准确地发生在输入信号E可能导致比较器K1转换的时刻。采用复位信号一方面比较电路的输出信号A被置于L状态，另一方面则封闭比较器输出电路。只有在当内部的比较器输出端与在输出端所处状态一致时，电路才会被释放。这样就可以保证使比较电路输出端A上的下一个输出边也建立在比较器K1的切换上。

此复位电路的另一个优点在于，可以实现例如这些比较器的输出信号具有电平L的一个确定的输出状态；这一点对于此电路的耗电是有益的。

下面借助在附图中绘出的几个实施例对本发明进一步加以阐述。

图1示出本发明比较电路的第1种实施方式，

图2示出一个输入信号E及由此输入信号引起的开关过程的示意图，

图3示出本发明的第2种实施方式，其中比较电路配置了一个复位电路。

图1示出本发明的第1种实施例。电路的输入端E被引到两个比较器K1，K2的输入端。比较K1基本上没有滞后特性，它在输入信号超过阈值T₁(见图2)时由L切换到H。比较器K2具有滞后特性，它在信号E超过阈值T₂时由L切换到H，然后当信号E降到T₃以下时由H切换到L。比较器K1，K2的输出信号被引入到一个逻辑电路LS，此电路内部有两个输出端，它们被引入到输出电路F1中。此输出电路是由两个或非门N1，N2构成的触发电路。此电路在静态时在输出端A具有信号电平L。逻辑电路LS具有两个与门U1，U2。第1与门U1以其输出端连接到触发电路F1的置位输入端S1，第2与门U2以其输出端连接到触发电路F1的复位输入端R1。比较器1的输出端和与门U1的第1输入端连接，并且通过第1非门元件I1和与门U2的第1输入端连接。比较器K2的输出端和第2与门U2的第2输入端，经过第2非门元件I2与第1与门U1的第2输入端连接。

假定电路的输出状态是这样定义的，即输入信号E＝0。在这种情况下比较器K1和K2的输出信号均为L。这样，在与门U1的第1输入端的信号为L，并且由于通过非门元件I2的反转则在其第2输入端的信号为H。在第2与门U2的第1输入端由于通过非门元件I1的反转使其信号为H，在其第2输入端上为比较器K2的输出信号，其电平为L。这样，在触发电路F1的置位输入端S1上以及在其复位输入端R1上其信号电平均为L，而且触发电路F1的输出信号A同样为L。

在图2中示出了一个输入信号E变化过程的示意图。在此图上线T₁表示比较K1的开关阈值，线T₂和线T₃分别表示比较器K2的接通阈值和关断阈值。

按照图2所示，输入信号E由数值0增大至比较器K1的阈值T₁和并且在时刻t₁达到此值。这样，K1的输出信号在时刻t₁变为H。于是，在时刻t₁在与门U1的两个输入端上的信号均为H，并且U1的输出信号同样变为H。因为与门U1的输出信号引至触发电路F1的置位输入端S1，所以此触发电路被置位，并且其输出端在时刻t₁时具有电平H。因为输入信号E仍然低于比较器K2的接通阈值，所以其输出信号在时刻t₁保持在L上。

信号E继续增大，并且在时刻t₂达到比较器K2的接通阈值T₂。因此它在输出端切换至H。因为通过非门元件I2的反转，所以第1与门U1的第2输入端的信号为L，这样，与门U1的输出信号同样减小至L。比较器K1的输出信号H将通过非门元件I1反转，这样，在与门U2的第1输入端的信号为L。因此第2与门的输出信号保持在L上，并且触发电路F1的输出信号仍然保持在H上不变。

在时刻t₃时输入信号减小至阈值T₂以下。因为比较器K2具有滞后特性，并且只有在低于下限阈值T₃时在输出端才降回到L，所以在时刻T₃时比较器K1，K2的开关状态并不改变，并且触发电路F1的输出端A的信号保持在H上。

在时刻t₄时输入信号E减小到比较器K1的阈值T₁以下。因此其输出信号返回至L。但是比较器K2的输出信号仍然保持在H，因为信号E还未低于阈值T₃。因此第1与门U1的两个输入端上的信号均为L，并且第2与门U2的两个输入端上的信号均为H。于是在时刻t₄时与门U2的输出信号变为H，并且触发电路F1复位，其输出信号由H变为L。

在时刻t₅时信号E又达到了比较器K1的阈值T₁，于是其输出信号变为H。由于通过第1非门元件I1的反转，所以第2与门U2的第1输入端变为L。这样，第2与门的输出端同样保持在L上。因为由于K2的输出信号通过非门元件I2返转，第1与门U1的第2输入端仍然为L，所以在置位输入端S1上的信号电平也为L。于是触发电路保持在t₄时的状态，其输出信号保持在L上。

在时刻t₆时输入信号E又减小至电平T₁以下，于是比较器K1的输出信号又变成了L。这样，在第1与门的两个输入端的信号为L，并且其输出端的信号同样为L，在第2与门上，由于通过非门元件I1的反转，所以在两个输入端上的信号为H，这样，在第2与门的输出端出现信号H并且触发电路复位。但是因为在其输出端的电平在此之前已为L，所以输出信号A保持不变。

在时刻t₇时输入信号E减小至比较器K2的关断阈值T₃以下。这样，K2的输出信号返回到L，在这种状态下两个比较器的输出信号均为L，其结果是两个与门U1和U2的输出信号也均为L。这样，触发电路的输出端信号保持在L上不变。

在时刻t₈时输入信号E又达到了比较K2的关断阈值T₁。因为此比较器不是在T₃，而是在T₂才从L切换至H，并且在此输入信号时比较器K1的输出端信号同样为L，因此在t₈时开关状态没有改变。

在时刻t₉时输入信号E又达到了比较器K1的接通阈值T₁。其结果是其输出信号由L变为H。在此时刻比较器K2的输出信号为L。此信号通过第2非门元件I2反转，于是在时刻t₉在第1与门U1的两个输入端的信号为H。这样，在时刻t₉时与门U1的输出信号变为H，于是触发电路F1被置位并且其输出端A的信号由L变为H。

在时刻t₁₀时输入信号E又减小到比较器K1的阈值T₁以下，于是其输出信号由H变为L。其结果是第1与门U1的输出端信号由H变为L。由于K1的输出信号通过非门元件I1反转，则在第2与门U2的第1输入端的信号为H，并且在其第2输入端的信号为比较器K2的输出信号，其值为L。这样，与门U2的输出信号为L，并且触发电路F1的状态保持在H上不变。

在时刻t₁₁时输入信号E又达到了第1比较器K1的开关阈值T₁。因此共输出信号变为H。由于比较器K2的输出信号继续保持在L上，所以第1与门U1的输出信号变为H，并且第2与门U2的输出信号保持在L上。于是触发电路F1被置位。但是因为此电路在t₉时其输出信号曾为H，所以触发电路F1的输出信号保持不变。

在时刻t₁₂至t₁₇时的开关过程与在时刻t₂至t₇的相仿，因此不再赘述。

借助于图2可知，触发电路F1在比较器K1超过阈值T₁时被置位，并且只有当具有滞后特性的比较器超过较高的上限阈值T₂时才会复位。如果未达到此阈值T₂，则比较器K2在其输出端绝不会具有电平H，并且因此触发电路F1的复位输入端R1不可能具有复位所必要的电平H。

图3示出本发明比较电路的另一个实施例，其中配置了一个复位电路RS。此复位电路由一个第3与门U3构成，其第1输入端与触发电路F1的第2或非门N2的输出端连接。但是，与图1所示电路的区别在于，第1或非门N1的第2输入端不再直接与第2或非门N2的输出端连接，而是与此第3与门U3的输出端相连。第3与门U3的第2输入端经一个第3非门元件I3与复位输入端C相连。如果在此输入端C上的信号为L，则由于通过非门元件I3反转使在与门U3第2输入端上的输入信号为H。在此情况下输出信号A仅与触发电路F1的第2或非门N2在其输出端信号是H还是L有关。这意味着如果复位输入端C的信号为L，则附加了第3与门U3的触发电路F1的工作状况与图1所示的触发电路F1完全相同。如果在复位输入端C上加上信号H，则在U3的第2输入端的输入信号变为L，并且导致电路的输出端A的信号为L。

此外，复位输入端C与由或非门N3，N4构成的第2触发电路F2的复位输入端R2相连。

与门U1，U2各具有3个输入端。前两个输入端的连接与图1所示实施例完全相同。两个第3输入端与第2触发电路F2的输出端A2相连。触发电路F2的置位输入端S2与一个“异”元件X的输出端连接。此“异”元件的一个输入端与非门元件I1的输出端连接，并且与第2与门U2的第1输入端相连。此“异”元件X的另一个输入端则与电路的输出端A连接。

为了说明复位电路的工作原理，下面假定比较器K1的输出信号为H，比较器K2的输出信号为L。例如这相当于图2所示在时刻t₉和t₁₀的区间。

如果在此情况下在复位输入端C上的信号为H，则输出端A的信号复位到L。在触发电路F2的复位输入端的信号为H。在“异”元件的第1输入端上具有通过I1反转的K1的输出信号，即信号L。在“异”元件的第2输入端上同样具有信号L。因此，此“异”元件X的输出信号亦为L。所以，此触发电路F2被置于基本状态。此触发电路F2的输出端A2的信号为L。其结果是与门U1和U2分别阻塞比较器K1，K2的输出信号。

如果现在复位信号为L，则输出端A的信号保持为L，并且触发电路F1保持在初始状态。触发电路F2同样不改变其状态，其输出端A2的信号保持为L。这样，与门U1和U2将始终阻塞比较器K1，K2的输出信号。

如果由于输入信号的改变使K1的输出信号变为L，就是说相当于初始状态的情况，则“异”元件X的一个输入端信号变为H，而另一个的信号仍为L。于是，“异”元件X的输出信号变为H，这样，在触发电路F2的置位输入端加上的信号为H。因此F2被置位，就是说其输出端信号为H。这样就使与门U1，U2的两个第3输入端的信号分别达到H，于是先前由复位电路引起的K1，K2信号的闭销又被排除了。

上述实施例也可以采用反转的逻辑加以实现，即在这样的电路上将逻辑信号L和H互相调换。

Claims (10)

1.比较电路具有一个输入端E，一个输出端A和一个第1比较器K1，此比较器与输入端E相连，并且当输入信号超过第1阈值T₁时，在其输出端从第1逻辑信号切换到第2逻辑信号，其中，输出端A从第1逻辑信号至第2逻辑信号的切换只有通过第1比较器K1从第1逻辑信号至第2逻辑信号的切换才能触发，其特征在于，

一个监控电路(K2，LS，F1)，此电路在输出端A切换至第2逻辑信号之后将继续阻塞其切换，直到输入信号达到一个比第1阈值T₁更高的第2阈值T₂为止。

2.根据权利要求1所述比较电路，其特征在于，此监控电路具有：

一个与输入端E相连的第2比较器K2，此比较器具有开关滞后特性以及一个接通阈值T₂和一个关断阈值T₃，其中T₂＞T₃，

一个输出电路F1和一个逻辑电路LS，此逻辑电路将比较器K1，K2的输出端以下如方式与输出电路F1连接，即在输入信号E超过阈值T₁时，输出电路F1给出第2逻辑信号，并且它将阻止返回到第1逻辑信号，直到输入信号E在超过阈值T₂后重新减小到阈值T₁以下为止。

3.根据权利要求1或2所述比较电路，其特征在于，

输出电路F1是一个具有一个置位输入端S1，一个复位输入端R1和一个输出端A的触发电路。

4.根据权利要求2或3所述比较电路，其特征在于，

逻辑电路LS包括一个第1和一个第2与门U1，U2，其中，第1与门U1的第1输入端与比较器K1的输出端相连，第1与门U1的第2输入端与第2非门元件I2的输出端相连，其输入端与第2比较器K2的输出端连接，并且其中，第2与门U2的第1输入端与第1非门元件I1的输出端相连，其输入端与比较器K1的输出端连接，并且第2与门U2的第2输入端与第2比较器K2的输出端相连。

5.根据权利要求3或4之一所述比较电路，其特征在于，

触发电路F1由一个第1和一个第2或非门N1，N2构成，其中，一个或非门的输出端分别与另一个或非门的一个输入端相连。

6.根据权利要求2至5之一所述比较电路，其特征在于，

一个复位电路RS，采用此电路可以使输出电路F1与比较器K1，K2的开关状态不相关地返回到一个静止状态，即在输出端A的信号是第1逻辑信号。

7.根据权利要求3至6之一所述比较电路，其特征在于，

此复位电路可以关闭触发电路F1的输入端，直到两个比较器K1，K2的输出信号呈现第2逻辑信号为止。

8.根据权利要求7所述比较电路，其特征在于，

复位电路具有：

一个第3与门U3，其第1输入端与触发电路F1的第2或非门N2的输出端相连，其另一个输入端与一个第3非门元件I3的输出端相连，其输入端与用于复位信号的输入端C相连，其中，第3与门U3的输出端与触发电路F1的第1或非门N1的一个输入端相连，

一个第2触发电路F2，其复位输入端与用于复位信号的输入端C相连，并且其输出端A2与第1与门U1的第3输入端和第2与门U2的第3输入端相连，

一个“异”元件X，其输出端与第2触发电路F2的置位输入端S2相连，其中，此“异”元件X的第1输入端与第1非门元件I1的输出端和与第2与门U2的第2输入端相连，并且“异”之件X的第2输入端与第3与门U3的输出端相连。

9.根据权利要求1至7之一所述比较电路，其特征在于，比较器K1，K2的阈值是这样选择的，即T₃＜T₁＜T₂。

10.根据权利要求1至9之一所述比较电路，其特征在于，

第1逻辑信号为L，第2逻辑信号为H。

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