Аналоговое запоминающее устройство

Аналоговое запоминающее устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

{и) 00 1 1 79

{61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 11.09. 81{21) 3334436/18-24 с присоедииеииейвй эййявки ййP

Р Ц К з

G 11 С 27/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий, (23) Приоритет-

Опубликовано 2802,83. Бюллетень Мо 8

Дата опубликования описания 2802.83 ($3) УДКб 81. 327. 66 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Лщ,„ А.Т.Лукьянов

Ю.И.Дзибалов, А.ИаКопотило и В.И.Щ

1-.;. к -гй . д

Казахский ордена Трудового Красййх,йщйззени государственнЫЙ университет им. ГЛЧ;-Киро.ва

{71) Заявитель (54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Ч =Ос. С (1).

Изобретение относится к аналоговым электрическим устройствам накопления информации и служит для выборки,.хранения и трансляции дискретного аналогового сигнала. Устройство может быть использовано в измерительных приборах, системах автоматики, аналоговых вычислительных устройствах и аналогоцифровых преобразователях.

Известно аналоговое запоминающее устройство, которое содержит входной и выходной буферные усилители (БУ), ключевой элемент и конденсатор хранения. БУ выполняются на базе -высокоимпедансных операционных усилителей (Оу), в качестве ключевого элемента используется, например, полевой транзистор или геркон, а конденсатор хранения выбирается с минимальной постоянной времени дипольной поляризации диэлектрика и слабым саморазрядом,например конденсатор на фторопласте f1).

За время выборки s соатветствии с величиной на входе устройства аналогового сигнала Uc через входной БУ и замкнутый ключевой элемент заряжается конденсатор емкостью С с определенной точностью до-величины заряда

Во время хранения (при этом ключевой элемент разомкнут) величина дискрет» ного сигнала Ос, зафиксированного на конденсаторе хранения, транслируется через выходной БУ на выход устройства для дальнейшего использования.

Известно также аналоговое запоминающее устройство, которое содержит входной и выходной буферные усилите-, ли,охваченные общей отрицательной обратной связью. Сигнал обратной связи поцается с выхода устройства на инвертирующий вход входного усилителя, инвертирующий вход которого подключен источнику напряжения аналогового сигнала Ue . Входной Бу анализирует величины обоих сигналов на своих дифференциальных входах и путем корректирующего изменения заряда на обкладках конденсатора хранения приводит к определенному минимуму разницу между ними. В результате выходной сигнал устройства максимально возможно будет приближен к значению Ос(2).

Однако точность записи сигнала. для такого технического решения имеет предел, не больший по вепичине, чем собственное смещение

1001179 уровня входного БУ 0 д(величина сме-i

10!

50 нение аналоговая информация дополнительно искажается при трансляции через выходной усилитель, имеющий соб ственный уровень смещения нуля.

Устройство вносит при передаче заряда ошибку 5пКл (при конденсаторе хранения емкостью 5000 пф). Расчет показывает, что ошибка s фиксации хранимого напряжения составляет около 1 мВ °

В случае использования конденсатора большей емкости возникает взаимное несоответствие с большими точнос-60 тными возможностями диодного моста и величинами уровней смещения буферных усилителей, которые уже лежат .на пределе для номинала конденсатора

,хранения 5000 пф. Это приводит к нещения для ОУ с полевыми транзисторами на входе обычно приходится на диапазон от 100 мкВ до 10 мВ, что объясняется внутренней асимметрией составляющих Оу элементов) . Существуют методы, позволяющие в определенной мере избавиться от смещения, но нелинейная зависимость во времени величины смещения от температуры, величины и полярности сигнала, а также напряжения питания делает эти методы ограниченно точными. Таким

;образом, напряжение на выходе устрой=ства будет отличаться от истинного значения 0с на,его входе по крайней "15 мере на величину (t 0с ) или (-Осм), в зависимости от соотношения поляр-. ностей U и 0 с „

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ана-20 логовое запоминающее устройство, которое состоит из двух высокоимпедансных усилителей, соединенных с помощью мостового диодного переключателя, конденсатора хранения и усилите- 25 . ля форсированного заряда. Усилитель

Форсированного заряда отрабатывает разность между выходными напряжениями двух усилителей. Когда это разностное напряжение превышает определенный уровень, усилитель форсированного заряда включается и формирует на своем выходе вытекающий или втекающий ток для перезаряда конденсатора хранения. Как только напряжение на этом конденсаторе достигает своего конечного значения, усилитель форсированного заряда выключается и процесс окончательного заряда конденсатора завершается током диодной мос, товой схемы (3 ).

В этом устройстве запись на хранение аналоговой информации на .конденсатор осуществляется с ошибкой (определяемой смещением уровня нуля), которая складывается .из напряжения 45 сдвига входного усилителя и ошибки передачи заряда. После записи на храобходимости повышать требования к прецизионности составляющих операционных усилителей, а следовательно, к удорожанию изделия.

Таким -образом, известное устройство имеет ограничение по точности выборки и хранения, определяемое уровнями смещения усилителей, а статическая коррекция уровня не позволяет учесть в полной мере температурный дрейф и зависимость от произ1вольно изменяющейся величины входного напряжения 0 и его полярности, а также динамические изменения, связанные со старением элементов схемы.

Цель изобретения - повышение точ ности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в. аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый накопительный элемент, например первый конденсатор, первый усилитель, выход которого является выходом устройства, второй усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, и ключи, введены параллельно соединенные второй накопительный элемент; например второй конденсатор, и пассивный элемент, например резистор, первый вывод которого соединен с выходом первого ключа, вход первого ключа соединен с выходом первого усилителя и первым входом второго ключа, второй вход которого является входом устройства, выход второго ключа соединен с инвертирую щим входом первого усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с выходом второго усилителя и с одной из обкладок первого конденсатора, другая обкладка которого соединена с вторым выводом резистора и инвертирующим входом второго усилителя.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Оно содержит усилители 1 и 2, ключи

3 и 4, пассивный элемент, например резистор 5, накопительные элементы, например конденсаторы б и 7, и шину

8 нулевого потенциала.

Устройство функционирует следующим образом.

Усилитель 1 дискретно изменяет коэффициент усиления от максимально большого К „„ц„в режиме выборки (усилитель без обратной связи) до равного единице в режиме хранения (со

100%-ной обратной связью). Первый усилитель 1 выполняет роль как высокоимпедансного входного, так и выходного буферного усилителя с низко-. омным выходом. Второй усилитель 2 работает в качестве интегратора в режи- ме выборки образуя с усилителем f цепь обратйой отрицательной связи.

В режиме хранения усилитель 2 работает как ячейка аналоговой памяти. Од1001179 новременно с процессом выборки сигнала Ос происхОдит автоматическая коррекция схемы. с учетом уровней смещения нуля обоих ОУ, искажения истин- ной величины сигнала, возникающего за счет токов смецения и сдвига, темпе- 5 ратурного дрейфа и текущей величины

Ц и ее полярности.

Величина сигнала Цс, поданная на.вход устройства в режиме:выборки, определяет поведение схемы, охвачен- Я ной обратйой связью, таким образом, что на выход усилителя 2 в результате релаксационных колебаний устанавливается значение напряжения, равное

15 (см икг

"инт "0c-ймо + (1) ми, где () „- смещение уровня усилителя 1, 20

U,ц „ — смещение уровня усилителя 2; ()cu „, и 0сц„учитывают суммарное зйачение смещения, вызванного различными факторами. 25

С переходом в режим хранения напря жение Оик запоминается на конденсаторе 6. Усилитель 1 транслирует era напряжение с собственным напряжением смецения О м оу, которое компенсирует- Зр ся величиной (}©„о„, находящейся в формуле (2) с отрицательным знаком.

Конечное значение величины напряжения на выходе устройства равно

0смиит

08ь! =pc+ (?>)

>Q$

Напряжение на выходе устройства от. личается от значения напряжения сиг-. нала на величину 0 „ц к д если при-4О нять достаточно неблагоприятное значение величины Uc >qq . 1 10 " В, то при характерном значении К =20-10

Ъ выходной сигнал будет отличаться от истинного на величину., Bã: 45

-1

1 10 -Ь

AU=--- -- S- 10

20 10 >

1 которая соответствует величине тепловых шумов большинства операционных усилителей (ОУ) . Конденсатор 7 поэзо- 5О ляет легко регулировать длительность процесса релаксационных колебаний и приводить ее к минимальному значению.

Напряжение сигнала, подлежащего выборке, приложено к входу устройства 55 и через ключ 4 - к инвертирующему входу усилителя 1. Напряжение с. выхода усилителя 1 поступает через ключ

3 и параллельную цепь из .резистора 5 и конденсатора 7 к инвертирующему бО входу усилителя 2. Выходное напряжение усилителя 2 оказывается приложенным к неинвертирующему входу усилите. ля 1. В момент, когда усилитель 1 начинает ощущать определенное напряже-, g5 ние на своем неинвертируюцем.входе;, возникает динамическая картина релак. сационных колебаний в петле отрицательной обратной связи: усилитель 1 ; ключ 3 — резистор 5 и конденсатор 7;— усилитель 2 с конденсатором б - усилитель 1. Окончательный результат, установившийся в виде напряжения на выходе усилителя 2, фиксируется при размыкании ключа З,на конденсаторе б. .Режим хранения наступает по прошествии йА . При этом ключ 4 замыкает инвертируюций вход усилителя 1 с его выходом, а на выход устройства посту" пает хранящееся напряжение.

Простота схемного решения, высокая унификация составляющи.. схему узлов дает предлагаемому устройству преимущества в .стоимости. Устройство не нуждается в постановке статической ручной системы корректировки уровня, смещения, так как производит автоматическую динамическую коррекцию за время периода каждой выборки. Схема . (может быть принята за основу для созидания устройства, размещенного в корriyce интегральной схем ..

Приведенные расчеты показывают, что предлагаемое устройство предельно унифицировано, имеет минимальное количество усилителей, к которым не предъявляются высокие требования прецизионности и, кроме того, обеспечивает высокую точность операций с.аналоговыми сигналами, автоматически корректируется, причем процесс коррекции не требует отдельного промежутка времени, а совмещен с процессом выборки °

Формула изобретения . Аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый накопительный: элемент, например первый конденсатор,. первый усилитель, выход которого является выходом устройства, второй усилитель, неннвертирующий вход котс -; рого соединен с шиной нулевого потенциала, и ключи, о т л и ч а ю щ е - .. е с я тем,.что, с целью повышения точности, в него введены параллельно соединенные ваорьй накопительный эле мент, например второй конденсатор,,и пассивный элемент, например резистор, первый вывод которого соединен с вы-, ходом первого ключа, вход первого ключа соединен с выходом первого уст»лителя.и первым входом второго клыча, второй вход которого является входоМ устройства, выход второго ключа сое-. динен с инвертируюцим входом первого усилителя, неинвертирующий.вход ко- - торого соединен с выходом второго усилителя и с одной из обкладок первОго конденсатора, другая обкладка которого соединена с вторым выводом .

1001179

Составитель й. Воронин

Редактор й. Ворович Техред T.Ìàòî÷êà

КорРектор В.Бутяга

Ю

Заказ 1406/60 Тираж 592 Подписное

ВНИИПИ Государственвого комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 резистора и инвертирующим входои второго усилителя.

Источники информации, I принятые во внимание при экспертизе

1. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре.

"Советсткое радио", 1979,с.323331.

2. Патент CIA 9 4091297, кл. С 11 С 27/00, 1979, 3. "Электроника", 1977, 9 21,.с.76 (прототип).