Фильтр позволяет сравнивать зашумленные сигналы

Mario Milberg

Когда перед последующей обработкой требуется сравнить уровень зашумленного сигнала постоянного тока с опорным уровнем, при близости значений сигнала и опорного напряжения выходное напряжение компаратора начинает изменяться хаотично. Существует выбор из двух классических решений этой проблемы. Одно из них – добавить гистерезис к компаратору, однако, если уровень шума высок, гистерезис должен быть, соответственно, большим. В этой ситуации вокруг точки срабатывания возникает широкая зона нечувствительности. Второе решение заключается в низкочастотной фильтрации зашумленного сигнала. Такой подход увеличивает время отклика, замедляя работу системы. В этой статье предлагается третье решение, позволяющее избежать указанных недостатков.

Рисунок 1.	Благодаря подаче зашумленного сигнала на оба входа компаратора, эта схема может сравнивать уровни сигнала постоянного тока и опорного напряжения.

В схеме на Рисунке 1 шум добавляется к опорному напряжению через фильтр верхних частот, в результате чего входы компаратора видят только разность между двумя уровнями постоянного напряжения:

и

где

V⁺ – напряжение на неинвертирующем входе компаратора,
V^– – напряжение на инвертирующем входе компаратора,
V_DCSIG – напряжение сигнала постоянного тока,
V_DCREF – напряжение опорного источника,
V_NOISE – напряжение шума, наложенного на сигнал,
V_HYS – ширина петли гистерезиса, обусловленного положительной обратной связью, подаваемой на неинвертирующий вход.

C₁, R₄, R₅ и R₆ образуют фильтр верхних частот, частота среза которого равна

Частота среза должна быть ниже наименьшей частоты шумовой полосы. R₁ и R₂ устанавливают небольшой гистерезис, все же необходимый в этой схеме. R₃ – подтягивающий резистор для выхода компаратора с открытым коллектором. Схема компаратора успешно работала в системе, обрабатывающей флуктуирующий ток, генерируемый ионизационной камерой в устройстве измерения нейтронного потока.

1. Datasheet Intersil LM339