DE2755038B2 - Analogkomparator - Google Patents

Description

von der Steigung des Eingangssignals und von der Verzögerungszeit (u) der Komparatorschaltung abhängigen Wert, sowie eine zw.ite Stufe (9). die den vorgegebenen Signalpegel um das Schwellensignai verschiebt

Z 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 Ansteuerung mit digitalen Adressensignalen entsprechende, jeweils eine Steigung angebende Digitalsignale liefert, sowie einen ersten Wandler (72), der das 3i jeweilige Digiitalsignal 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 Signalpejel bildet, ferner einen Inverter (93), der das aus der ersten Stufe (8) stammende Schwellensignal invertiert, eine erste Vergleichereiririchtung (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- fo> gangssignal erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem Schwellensignal und dem Ausgangssignal des UND-Glied (99), das die Ausgangssignale der beiden Vergleichereinrichtungen (95, 96) einer UND-Verknüpfung unterwirft

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 Kowzidenzsignals 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 u"d 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,

F i g. 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

F i g. 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 unter-

Schwellenspannungen e, und el, die den Änderungsgeschwindigkeiten entsprechen, sind so eingestellt daß beide Zeiten U\ und ft/₂. 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 Komparator gleich werden. In dieser Weise wi-d der Komparator betrieben.

Im einzelnen wird die Schwellenspannung e, mit

(~cir)^so verändert, daß die folgende Beziehung in bezug auf die Eingangssignalamplitude £ erfüllt ist:

ι j . I* 'd ~ V, .

lo

15

20

Falls die Verzögerungszeit fjoder der Schwellenwert des Komparators infolge einer Änderung der Umgebungstemperatur usw. schwankt, sollte die Schwellenspannung e_t zweckmäßigerweise so verändert werden, daß diese Schwankung kompensiert wird.

F i g. 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 vorgege- js benen 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

F i g. 3 zeigt den Analogkomparator der F i g. 2 im einzelnen. Der Sägezahngenerator 7 besteht aus einem Random-Access-Speicher (RAM) 71, welcher ein der 4-, 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 ,0 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 -,5 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-Analog- «) wandler (D/A-Wandler) 83, welcher das digitale Signa! 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 hj Sägezahnfunktion 10, aus einem Inverter 93 zur Gewinnung einer 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 Vergleichausgängen 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 F ig. 3 sind Daten-»Schreib«-Signale und Daten-»Schreib«-Steuersignale der Speicher 71 und 81 weggelassen.

Die Wirkungsweise des Schaltungsaufbaus der F i g. 3 wird nun unier Bezugnahme auf das Zeitdiagramm in F i g. 4 beschrieben.

(1) 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 Scnwellenwert 94. Die Ausgangssignale 97 und 98 der entsprechenden Komparatoreinrichtungen

95 und 96 beinhalten zeitliche Verzögerungen usw. und werden zu Nachwsissignalen, die mit den gleichen Bezi gszeichen bei (a) in F i g. 4 angegeben sind. Diese w?raen 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 — e,', 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 1Γ 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_t und — e, 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 efvm, T_n) 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 Änderungsgeschwindigkeit 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 efvm, T_n) ist. Konkret gesprochen, werden m und η als die Adresseneingangsgrößen 12 bzw. die Adresseneingangsgrößen 13 für den Random-Access-Speicher 81 eingegeben, e(v_m T_n) 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 v_m 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 π als die Adresseneingangssignale 12 bzw. 13 des Random-Access-Speichers zur Angabe der Schwellenwerte 81 eingegeben. Auf diese Weise kann die Schwellenspannung e(v_m T_n) am Ausgang 82 als binäres Signal geliefert werden. Durch Eingabe des binären Signals in den D/A-Wandler 83 läßt sich die analoge Schwellenspannung dfvn, T_n) als Ausgangssignal 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 die Analogspannung zur Angabe der Steigung als Ausgangssignal 75 gewonnen werden. Diese Spannung wird zum Eingangssignal für den die Sägezahnfunktion erzeugenden Integrator 73, und die die angegebene Steigung aufweisende Sägezahnfunktion kann erzeugt werden.

Auf diese Weise kann der Schwellenwert des !Comparators leicht entsprechend der Steigung der

ίο Sägezahnfunktion und der Umgebungstemperatur verändert werden. Dementsprechend ist selbst in Fällen, wo die Steigung der Sägezahnfunktion häufig verändert wird oder wo sich die Verzögerungszeit eines Elements infolge einer Änderung der Umgebungstemperatur ändert, eine Steuerung des Schwellenwertes allein durch elektrische Veränderung von Parametern (beispielsweise von m und η in der Erläuterung der F i g. 5) möglich, und sie kann gut mit beispielsweise einem Rechner durchgeführt werden. Mit dem Vorhandensein einer Parameteränderung in der Schaltung, die im Laufe der Zeit vor sich geht, wird man fertig, indem e(v_m T_n) neuerlich in den Random-Access-Speicher 81 geschrieben wird, wobei eine Änderung der Hardware nicht notwendig ist.

In obigem wurde der Fall beschrieben, wo ein bestimmter Wert als Geschwindigkeitsänderung eines Signals eingestellt wird. Im allgemeinen ist es jedoch möglich eine bestimmte Geschwindigkeit aus einer erzeugten Funktion festzustellen und sie zu verwenden.

Wie oben dargelegt, wird es durch die Erfindung möglich, einen Analogkomparator bereitzustellen, der zu einem präzisen Pegelnachweis selbst bei Vorhandensein einer Änderung der Steigung eines Eingangssignals, einer Änderung der Umgebungstemperatur, einer

υ Parameteränderung im Laufe der Zeit usw. in der Lage ist. Zu den konkreten Verwendungsmöglichkeiten gehören Anwendungen auf eine graphische Anzeige, eine Musterzeichenvorrichtung und ein Meßinstrument bei welchen ein Elektronenstrahl exakt auf einen

4(i Zielpunkt gesetzt werden muß. Die Erfindung dient dazu, die Leistungsfähigkeit solcher Apparaturen zu steigern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

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 (e,) mit einem gemäß der Beziehung

10

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