SU1310999A1 - Устройство сравнени аналоговых сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике амплитудных компараторных схем сравнени  и может быть использовано дл  построени  различных средств измерени ., Цель изобретени  - увеличение точности сравнени . Дл  этого в устройство , содержащее компаратор 3, введены компараторы 4 и элементы ИЛИ 5. Это позвол ет повысить веро тность срабатывани  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

Description

fO

J5

1 1310999

Изобретение относитс  к технике мплитудных компараторных схем срав- ени  и может быть использовано дл  , остроени  различных средств измереи  - компенсационньк и сравнени , также различных средств контрол  овьппенной чувствительности и надежости .

Целью изобретени   вл етс  увелиение точности сравнени  .за счет по- ьшени  веро тности срабатывани  устойства при разности сравниваемых игналов, заключенной в интервале ежду максимальным и минимальным поогами компаратора при одновременном овышении его надежности.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство сравнени  аналоговых сигналов содержит вход 1 измерительного сигнала, вход 2 опорного сигнала , компаратор 3,параллельно включен- ные.дополнительные компараторы 4, входы которых подключены к компаратору 3, а выходы - к элементу ИПИ 5, выход 6.

Внутренний шум компаратора приводит к шуму порога и, -тем самым, к погрешности Компарировани . Предельные пороговые напр жени  компаратора, обусловленные максимальным и минимальным значени ми шума, равны и , и поэтому погрешность компа- рировани  i/Cj) можно считать распределенной по треугольному закону

«(л)(й+Г4),

где Л - порог компаратора, математическое ожидание которого равно нулю.

Распределение (х) измер емой величины можно прин ть равномерным:

f(x) -- dx,

н где Хц предел измер емой величины.

Известно, что веро тность ложного решени  компаратора равна (9 V-л

1

+

20

25

30

п к ш з м

,з в к в п о с

п

о

35

40.

Y ч (д)а и f(x)dx,

Jj

-СЛ :/ где у - текущее значение опорного напр жени  меры.

После .подстановки в последнее уравнение выражений соответствующих распределений получим

н п с 45 м с

50

55

,-и+Мал -- 1л(4+

Л н i.

-глз

+ d)d(3 ХнГЛ 2

о 1 W

(4 +йСл)ал

i , W

,W 13 2 -Т

M l Lil

1

6х

н

5

0

5

0

Если в устройстве сравнени  использовать п параллельно включенных . компараторов,то действие внутреннего шума в каждом из них оказываетс  независимым , т.е. характеристики шумов  вл ютс  некоррелированными.

Если дл  упрощени  (с целью пока- ,зать тенденцию эффекта) прин ть, что веро тности ошибочных решений всех компараторов равны между собой, то веро тность v, ошибочного решени  п параллельно включенных компараторов очевидно будет удовлетвор ть неравенству Хэк /Т .

Дл  компаратора, эквивалентного п параллельно включенным компаратоМз .

рам, 7. В соответствии с неравенством Т,к7/Т можно записать

dJjK бХи

ur

(6x-

откуда

5

,.U3

0.

(бхц)-

Таким образом, порог эквивалентного компаратора оказываетс  меньше порога отдельного компаратора из группы параллельно включенных. Этот эффект снижени  порога, как видно из последнего выражени , нелинейно возрастает с ростом числа параллельно соединенных компараторов. Так, напри- 5 мер, если порог одного компаратора равен 10 мБ, а предел измер емого сигнала равен 10000 мВ, то уже при трех паралл.ельно соединенных компараторах порог Компарировани  уменьшитс  (вследствие уменьшени  вли ни  приведенного ко входу шума) в 10 раз. Таким образом обеспечиваетс  возможность повысить чувствительность средств измерений, а в цифровых приборах уменьшить шаг и тем самый погЕ.еш.нрсл ь квантовани  по уровню.

Физически описанный эффект можно объ снить тем, что из п комйараторов в данный момент времени первым при

0

5

уравновешивании сигналов в зоне чувствительности сработает тот из них, мгновенный порог которого при действии шума оказалс  меньше относительно мгновенных порогов остальных компараторов.

Как уже отмечалось, из-за шума в компараторе существуют два предельных пороговьк напр жени : минимальное - 1& и максимальное , образующие зону (интервал) чувствительности . Серединой этого интервала  вл етс  установленное значение опорного напр жени  меры. При попадании уровн  измер емой величины в шум щий интервал между порогами, т.е. при разности сравниваемых сигналов, заключенной в этом интервале, существует определенна  веро тность срабатывани  компаратора. Причем эта веро тность уменьшаетс  при стремлении разности сигналов к минимальному порогу (в цифровых приборах сказанное про вл етс  в увеличении неопределенности отсчета младшего разр да),25 устройства возрастает в интервале

приводит к необходимости увеличени  опорного напр жени  еще на один квант, что и обусловливает погрешности преобразовани , а при приближении разности сравниваемых сигнало к максимальному порогу веро тность срабатывани  компаратора увеличиваетс .

Допустим, веро тность того что измер ема  величина превысит уровен минимального фпуктуирующего порога компаратора и он не сработает, равна Р (,2,...,п). Тогда веро т- .ность событи  А - ни один из компараторов параллельной группы не сработает - будет равна произведению

Р. , т.е . Р(А) П Р. , так как событи 

.

заключающиес  в том, что не сработает один, или два, или т.п. п из п компараторов,  вл ютс  независимыми. Естественно, что Р(А) Pj и с увеличением п Р(А) уменьшаетс . Событи  А, заключающеес  в том, что сработает хот  бы один компаратор, или два, или п,  вл етс  дополнительным по отношению к событию А и согласно теории веро тностей Р(А)1-Р(А), т.е. с увеличением количества параллельно соединенных компараторов веро тность

срабатывани  хот  бы одного компаратора Р(А) возрастает, т.е. возрастает веро тность срабатывани  всего устройства сравнени  в целом при зна

5

0

чени х измер емой величины, близких даже к минимальному порогу одного из компараторов.

Допустим, что веро тность срабатывани  каждого компаратора подчин етс  закону равномерной плотности распределени . Дл  простоты все компараторы полагаем идентичными. Тогда при значении измер емой величины, превышающей минимальный порог компа- . ратора всего на 20%от всего интервала между порогами, веро тность срабатывани  устройства, состо щего из одного компаратора, составит Р(Л) 0,2, веро тность срабатывани  устройства , состо щего из 6 компараторов Р(А)0,79, а дл  8 компараторов Pg(A)0,83.

При значении измер емой величины , достигающей уровн , соответству- ю1Г1его 80% интервала между порогами Р,(Л)0,96, Р(А)0,998, Pg(A)0,999.

Таким образом, с ростом числа компараторов веро тность срабатывани 

30

35

40

.

0

5

минимального и максимального порогов этих компараторов.

Более существенно эффект возрастает при нормальном законе распределени . Нар ду с повьштением точности сравнени  благодар  использованию группы параллельно соединенных компараторов соответственно повьшгаетс  л надежность устройства.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство сравнени  аналоговых сигналов, содержащее компаратор, первый вход которого соединен с шиной измер емого сигнала, а второй вход - с шиной опорного сигнала, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  точности сравнени  за счет повышени  веро тности срабатывани  устройства при разности сравниваемых сигналов, заключенной в интервале между минимальньм и максимальным порогами компаратора при одновременном повьшении его нап дежности, введены элемент ИЛИ и группа допо тнительных 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.