Wählen Sie die größte von mehreren Spannungen mit analogen Komparatoren

Es stellte sich heraus, dass ich die Lösung riechen konnte. Es ist interessant zu sehen, wie lange es gedauert hat, dorthin zu gelangen, ich musste eine Frage posten, um dies zu erreichen, und mein Denkprozess verlief über die Zwischenbearbeitung des Rampenintegrators zu meiner Frage.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Es ist beabsichtigt, dass alle Kanäle identisch sind. Ich habe jedoch die Kanäle 1 und 2 so einfach wie möglich gezeichnet und Kanal n verlassen, um Verzierungen zu erhalten.

Betrachten Sie alle Eingänge außer Eingang 1 als niedrig. Verstärker 1 arbeitet als Follower, wobei sein Ausgang eine Diode D1 über seinem negativen Eingang abfällt, wobei R1 einen bescheidenen Strom durch die Diode zieht. Alle anderen Verstärkerausgänge liegen auf der negativen Schiene, wobei ihre Dioden in Sperrichtung vorgespannt sind.

Wenn die Spannung an Eingang 2 ansteigt, überschreitet sie schließlich die gemeinsame Referenzspannung an R1, der Ausgang von OA2 wird hoch und zieht die gemeinsame Referenz auf seine Eingangsspannung, wodurch der Ausgang von Verstärker 1 niedrig wird.

Wenn wir davon ausgehen, dass die Eingänge von einer ausreichend niedrigen Impedanz angesteuert werden, habe ich auf Kanal n gezeigt, wie ein Hauch von Hysterese auf den Eingang angewendet werden kann.

Der aktive Ausgang ist ein Diodenabfall über der Eingangsspannung. Die inaktiven Ausgänge befinden sich in der Nähe der negativen Schiene.

Damit dies durch Logik leicht unterschieden werden kann, muss garantiert werden, dass die Eingänge eine angemessene Spannung über der negativen Schiene halten. Dies geschieht automatisch, wenn die Eingänge streng positiv sind und die Verstärker eine negative Schiene erhalten.

Bei ausreichend verfügbarer positiver Schiene könnten die Dioden durch Elemente mit einem größeren Spannungsabfall ersetzt werden, beispielsweise mehrere Reihendioden oder eine LED, um den Spannungsüberschuss des Ausgangs gegenüber dem Eingang zu erhöhen. Die Verwendung von LEDs würde eine schöne selbstanzeigende Schaltung ergeben, solange der LED-Rückwärtsdurchbruch nicht überschritten wurde oder sie durch eine geeignete Diode in Reihe geschützt waren. Wenn sie Eingänge für Optokoppler wären, könnten sie verwendet werden, um Logik einfach anzusteuern.

Um bessere Logikpegel aus dem System herauszuholen, habe ich Qn hinzugefügt. Es arbeitet als Kaskode und überträgt den Ausgangsstrom des Verstärkers auf R1, aber nur, wenn die Ausgangsspannung etwa 2 Diodenabfälle über der logisch hohen Referenzspannung liegt. Dn könnte weggelassen werden, solange die umgekehrte VBE-Grenze, normalerweise etwa 5 V oder so für Silizium, nicht überschritten wird, wenn der Ausgang niedrig ist. Dies stellt nun sicher, dass die Ausgänge für Low fast eine negative Schiene und für High eine logische High-Referenz + 1,4 V sind. Es erhöht die Schleifenverstärkung des Systems und kann daher die Stabilität beeinträchtigen. Darüber müsste ich nachdenken. Ein Widerstand in Reihe mit dem Qn-Emitter würde die Verstärkung steuern, und obwohl er die relativ konstante Ausgangshochspannung zerstören würde, ist zumindest die Ausgangshochspannung garantiert über einer bestimmten Spannung.

Ein im Wesentlichen identisches Schema kann konfiguriert werden, um die kleinste Eingangsspannung auszuwählen.

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Etwas Ähnliches wie eine einzelne Stufe kann funktionieren, wenn sie mehrmals wiederholt wird.

Das Relais kann wahrscheinlich durch einen Transistorschalter ersetzt werden.

Ein Komparator kann in dieser Schaltung besser funktionieren als ein einfacher Operationsverstärker.

Der untere Teil zeigt eine Möglichkeit, die einzelnen Stufen für mehrere Signale zu kombinieren. Für N Eingänge benötigen Sie bei dieser Konfiguration N-1 Stufen

Also, am Ende könnten Sie verwenden$\binom{N_{in}}2$Komparatoren zum Vergleichen aller Spannungspaare . Das würde dir ein geben$\binom{N_{in}}2$-Bit-Wert, und Sie könnten das in die Info "Höchste ist Eingabe" umwandeln$n$" mit nur einer einfachen LUT.

Also bräuchten wir einen Satz$\binom{6}2=15$Komparatoren. Hässlich? Sicher, aber weißt du, wer gut Spannungen vergleichen kann (und noch dazu schnell)?

Differentialleitungsempfänger.

Tatsächlich verfügt TI beispielsweise über 24-Bit-LVDS-Serializer. Aber Sie sind wahrscheinlich glücklicher mit einem einfacheren Teil wie dem 16-Differentialeingang -> 16-LVTTL-Ausgang SM65LVDS386 . Wenn Sie altmodisch sind, fügen Sie dann logische Gatter hinzu, um die LUT zu implementieren.

Eine Ausgabe wie „ist$n$die höchste Eingabe?" (dh One-Hot) wäre sogar einfacher. Es wäre nur ein "UND" aller beteiligten Ausgaben$n$.

Lautes denken....

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Ein gemeinsamer „Maximalspannungsbus“ (mit den Signalen B und C), der mit einem Signal (A) verglichen wird. Die Summierung aller anderen erfolgt mit Dioden. D1 wird verwendet, um dem Signal A den gleichen Spannungsabfall wie den anderen Signalen zuzuführen. Annahme: alle Dioden sind identisch und linear genug (Dioden ... linear ...).

Wie skaliert es? Schlecht ... für jedes Signal wird ein maximales Spannungssignal aller anderen Signale benötigt.