Elija el mayor de varios voltajes con comparadores analógicos

Resulta que podía oler la solución. Es interesante ver cuánto tiempo me tomó llegar allí, necesitaba que publicara una pregunta para que sucediera, y mi proceso de pensamiento pasó por 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, dibujé los canales 1 y 2 de la manera más simple posible, y dejé el canal n para recibir adornos.

Considere todas las entradas excepto la entrada 1 baja. El amplificador 1 funciona como un seguidor, con su salida un diodo D1 cayendo por encima de su entrada negativa, R1 tirando de una corriente modesta a través del diodo. Todas las demás salidas del amplificador estarán en el riel negativo, con sus diodos polarizados inversamente.

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

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

La salida activa es una caída de diodo por encima del voltaje de entrada. Las salidas inactivas están cerca del riel negativo.

Para que esto sea fácilmente discriminado por la lógica, se debe garantizar que las entradas mantengan un voltaje razonable por encima del riel negativo. Esto sucederá automáticamente si las entradas son estrictamente positivas y los amplificadores reciben un riel negativo.

Con suficiente riel positivo disponible, los diodos podrían ser reemplazados por elementos con una mayor caída de voltaje, por ejemplo, varios diodos en serie, o un LED, para aumentar el exceso de voltaje de la salida sobre la entrada. El uso de LED sería un buen circuito de autoindicación, siempre que no se exceda la ruptura inversa del LED, o estén protegidos por un diodo adecuado en serie. Si fueran entradas para optoacopladores, podrían usarse para controlar la lógica fácilmente.

En un esfuerzo por obtener mejores niveles lógicos del sistema, agregué Qn. Funciona como un cascodo, transfiriendo la corriente de salida del amplificador a R1, pero solo cuando el voltaje de salida es de aproximadamente 2 diodos por encima del voltaje de referencia alto lógico. Dn podría omitirse, siempre que el límite de VBE inverso, generalmente alrededor de 5v o más para el silicio, no se exceda cuando la salida sea baja. Esto ahora asegura que las salidas sean un riel casi negativo para baja y una referencia lógica alta + 1.4v para alta. Aumenta la ganancia de bucle del sistema, por lo que podría comprometer la estabilidad. Tendría que pensar en eso. Una resistencia en serie con el emisor Qn controlaría la ganancia y, si bien destruiría el alto voltaje de salida relativamente constante, al menos se garantiza que el alto voltaje de salida esté por encima de cierto voltaje,

Se puede configurar un esquema esencialmente idéntico para seleccionar el voltaje de entrada más pequeño.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

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

Es probable que el relé se pueda reemplazar con un interruptor basado en transistores.

Un comparador puede funcionar mejor en este circuito que un amplificador operacional simple.

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

Entonces, al final, podrías usar$\binom{N_{in}}2$comparadores para comparar todos los pares de voltajes. Eso te daría un$\binom{N_{in}}2$-valor de bit, y podría convertirlo en la información "más alta es la entrada$n$" con una simple LUT.

Entonces, necesitaríamos un conjunto de$\binom{6}2=15$comparadores. ¿Feo? Claro, pero ¿sabes quién es bueno comparando voltajes (y rápido en eso)?

Receptores de línea diferencial.

De hecho, por ejemplo, TI tiene serializadores LVDS de 24 bits. Pero probablemente esté más contento con una parte más simple como la entrada diferencial 16 -> salida 16 LVTTL SM65LVDS386 . Si eres de la vieja escuela, entonces agregas puertas lógicas para implementar la LUT.

Una salida como "es$n$la entrada más alta?" (es decir, one-hot) sería aún más fácil. Sería simplemente un "Y" de todas las salidas que involucran$n$.

Pensando en voz alta....

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

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

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