Elige la mayor de varias tensiones con comparadores analógicos

Question

Esto no es un problema XY. Ya he decidido que la mejor manera de manejar la aplicación real es utilizar un multiplexor y ADC/MCU para medir todos los voltajes.

Sin embargo, siempre me gusta encontrar una nueva forma de conectar los opamps o los comparadores. Esta es una pregunta del tipo "¿existe esta configuración de forma ordenada? Todavía no he conseguido encontrar una a través de las vías normales de búsqueda.

Entradas - unas 6 señales positivas en el rango de 1v a 2v

Salidas: una salida de amplificador o comparador por señal, en la que la correspondiente a la tensión más grande (o equivalentemente a la más pequeña) tiene una salida única, quizá alta, y todas las demás tienen una salida baja y similar, de manera que ya son niveles utilizables en lógica, o pueden compararse contra un simple umbral para dar niveles lógicos.

Ignora las desviaciones de la tensión de entrada por ser insignificantes con respecto a las tensiones de entrada. La histéresis es opcional. Escalable a cualquier número (razonable) de entradas.

Es relativamente fácil dar salida a la verdad para todas las señales que están por encima del media de las entradas. Sólo hay que formar la media con una red de resistencias iguales, y luego utilizar esta tensión para la entrada de referencia de cada comparador.

Lo que creo que debería ser posible es algún tipo de retroalimentación de diodos, como en un circuito de valor absoluto, en el que la ganancia de un amplificador reduce la caída del diodo a la insignificancia, y el amplificador/comparador "ganador" silencia a todos los demás. Sin embargo, todavía no he conseguido encontrar una configuración sencilla.

¿Qué es una configuración sencilla? Un amplificador por entrada, con un máximo de dos adicionales compartidos. Un diodo, o a lo sumo dos, por amplificador, con un máximo de 4 resistencias por amplificador, y algunas compartidas adicionales, con el menor número posible de valores coincidentes.

¿Alguna idea?

(editar)

Tengo el esquema de una solución que implica un integrador que controla un nivel de referencia común. Este nivel baja si ninguna entrada lo supera, y sube cuando alguna entrada lo supera. El nivel tenderá a cazar alrededor del nivel más grande, con la salida del comparador correspondiente al más grande encendiéndose y apagándose. Sustituyendo los comparadores por amplificadores y prestando atención a la estabilidad se puede conseguir una salida estable que sea adecuada.

Answer 1

Resulta que pude oler la solución. Es interesante ver el tiempo que se tardó en llegar, me necesitó para publicar una pregunta para que ocurriera, y mi proceso de pensamiento fue a través de la edición del integrador de rampa intermedia a mi pregunta.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Se pretende que todos los canales sean idénticos. Sin embargo, he dibujado los canales 1 y 2 como los más sencillos posibles, y he dejado el canal n para recibir adornos.

Considera que todas las entradas, excepto la entrada 1, son bajas. El amplificador 1 funciona como un seguidor, con su salida un diodo D1 caído por encima de su entrada negativa, R1 tirando de una modesta corriente a través del diodo. Todas las demás salidas del amplificador estarán en el carril negativo, con sus diodos en polarización inversa.

A medida que la entrada 2 aumenta su voltaje, eventualmente excederá el voltaje de referencia común en R1, la salida OA2 se pondrá alta, llevando la referencia común hasta su voltaje de entrada, lo que enviará la salida del amplificador 1 a nivel bajo.

Si suponemos que una impedancia suficientemente baja conduce a las entradas, he mostrado en el canal n cómo se puede aplicar un toque de histéresis a la entrada.

La salida activa es una caída de diodo por encima de la tensión de entrada. Las salidas inactivas están cerca del raíl negativo.

Para que esto sea fácilmente discriminado por la lógica, es necesario garantizar que las entradas se mantengan a una tensión razonable por encima del carril negativo. Esto ocurrirá automáticamente si las entradas son estrictamente positivas y los amplificadores reciben un raíl negativo.

Si se dispone de un raíl positivo suficiente, los diodos podrían sustituirse por elementos con una mayor caída de tensión, por ejemplo varios diodos en serie, o un LED, para aumentar el exceso de tensión de la salida sobre la entrada. El uso de LEDs sería un bonito circuito autoindicador, siempre y cuando no se sobrepasara la ruptura inversa del LED, o estuvieran protegidos por un diodo adecuado en serie. Si fueran entradas de optoacopladores, podrían utilizarse para manejar la lógica fácilmente.

En un esfuerzo por obtener mejores niveles de lógica del sistema, he añadido Qn. Funciona como un cascode, la transferencia de la corriente de salida del amplificador a R1, pero sólo cuando la tensión de salida es de alrededor de 2 gotas de diodo por encima de la tensión de referencia lógica de alta. Dn podría omitirse, siempre y cuando el límite de VBE inverso, normalmente alrededor de 5v o así para el silicio, no se exceda cuando la salida es baja. Esto asegura ahora que las salidas son casi un raíl negativo para bajo, y una referencia lógica alta + 1,4v para alto. Aumenta la ganancia de bucle del sistema, por lo que podría comprometer la estabilidad. Tendría que pensarlo. Una resistencia en serie con el emisor de Qn controlaría la ganancia, y aunque destruiría el alto voltaje de salida relativamente constante, al menos el alto voltaje de salida está garantizado para estar por encima de un cierto voltaje, independientemente de lo bajo que sea el voltaje de entrada ganador.

Se puede configurar un esquema esencialmente idéntico para seleccionar la tensión de entrada más pequeña.

Answer 2

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Algo similar a esto como una sola etapa puede funcionar cuando se repite varias veces.

El relé puede ser sustituido por un interruptor basado en un transistor.

Un comparador puede funcionar mejor en este circuito que un simple op-amp.

La parte inferior muestra una forma de combinar las etapas individuales para múltiples señales. Para N entradas, se necesitan N-1 etapas con esta configuración

Answer 3

Así que, al final, podrías usar \$\binom{N_{in}}2\$ comparadores para comparar todos los pares de tensiones. Eso te daría una \$\binom{N_{in}}2\$ -bit, y podrías convertirlo en la información "highest is input \$n\$ " con sólo una simple LUT.

Por lo tanto, necesitaríamos un conjunto de \$\binom{6}2=15\$ comparadores. ¿Feo? Claro, pero ¿sabes quién es bueno comparando tensiones (y rápido)?

Receptores de línea diferencial.

De hecho, por ejemplo, TI tiene serializadores LVDS de 24 bits. Pero probablemente seas más feliz con una parte más simple como la de 16 entradas diferenciales -> 16 salidas LVTTL SM65LVDS386 . Si eres de la vieja escuela, entonces añades puertas lógicas para implementar la LUT.

Una salida como "es \$n\$ la entrada más alta". (es decir, de un solo tiro) sería incluso más fácil. Sería simplemente un "AND" de todas las salidas que implican \$n\$ .

Answer 4

Pensando en voz alta....

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Un "bus de tensión máxima" común (con las señales B y C) que se compara con una señal (A). La suma de todas las demás se realiza con diodos. D1 se utiliza para introducir la misma caída de tensión en la señal A que en las otras señales. Supuesto: todos los diodos son idénticos y suficientemente lineales (diodos... lineales...).

¿Cómo se escala? Mal... para cada señal se necesita una señal de tensión máxima de todas las demás señales.