Аналоговое запоминающее устройство Советский патент 1984 года по МПК G11C27/02 

Изобретение относится к автоматике , вычислительной и электроизмерительной технике и может найти применение в аппаратуре, использующей длительное хранение выборочных значений аналогового напряжения.

Известны аналоговые запоминающие устройства, содержащие накопительный конденсатор, аналоговый ключ, усилитель 11.

Основным недостатком данных устройст является спад выходного напряжения, обусловленный разрядом накопительного конденсатора токами утечки.

Наиболее близким к предлагаемому является аналоговое запоминающее устройство с хранением информации в цифровой форме, содержащее пассивные элементы на весовых резисторах с сопротивлениями, взвешенными по двоичному закону, двоичньй счетчик, к выходам которого поразрядно подключены первые выводы соответствующих весовых резисторов, вторые выводы которых соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является входом устройства, а выход компаратора соединен с входом блока управления двоичным счетчиком 2j.

Точность выборки данного устройства определяется количеством разрядов двоичного счетчика и величинами погрешностей весовых резисторов. Наихудшим сочетанием знаков погрешностей резисторов, выполненных с одним классом точности, является случай, когда знак погрешностипроводимости старшего разряда положителен и противоположен знакам погершностей проводимостей остальных разрядов. Поэтому относительная погрешность весовых резисторов не долна превышать величину.

(1)

где о - относительная погрешность

сопротивления весовых резисторов;

П - количество разрядов устройства.

Данное требование вступает в противоречие с требованием повьпвенйя точности выборки, информации, поскольку сложно изготовить резисторы с погрешностью, позволяющей реализовать устройство с разрядностью вьше одиннадцати ,

Цель изобретения - повьш1ение точности устройства без применения прецизионных резисторов.

Указанная цель достигается тем, что в аналоговом запоминающем устройстве, содержащем пассивные элементы на весовых резисторах, первые выводы которых соединены с соответствующими выходами двоичного счетчика, вторые выводы - соединены с инвертируюпщм входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - является выходом устройства, элемент обратной связи на резисторе, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод - с выходом операционного усилителя и первым входом компаратора, второй вход которого является входом устройства, вьпсод компаратора соединен с выходом установки О первого R5-триггера, вход установки которого является управляющим входом устройства и соединен с входом зле0 мента задержки и входом установки О второго R5-триггера, вход установки 1 которого соединен с выходом элемента задержки, первый выход с входом установки О двоичного

5 счетчика, второй выход - с управляющим входом генератора импульсов, выход которого соединен с счетным входом двоичного счетчика и выходом первого RS-триггера, номинальные значения сопротивлений весовых резисторов связаны соотношением:

,,,,

R

R

2 -S,

(2)

где Rj - номинальное значение сопротивления резистора i -го разряда;

S.относительная погрешность сопротивления резистор,а разряда,

D;;.- величина большая нуля и соответствующая относительному отклонению ближащего сопротивления из ряда поминальных сопротивлений к вычисленному значению R;

при OiVi о;

i - текущий номер разряда. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит весовые рези торы 1-8, двоичный счетчик 9, опера ционный усилитель 10, элемент 11 об ратной связи, компаратор 12,RS-триг геры 13 и 14, генератор 15 импульсо и элемент 16 задержки. Первый R5 - триггер 13, генератор 15 импульсов первый счетчик 9 имеют выходы с открьпьд4 коллектором. Устройство работает следующим об разом. В режиме выборки импульс на упра ляющем входе устройства устанавлива первый R5-триггер 13 в состояние, р решающее прохождение импульсов с вы хода генератора 15 на вход двоичног счетчика 9. Одновременно второй - триггер устанавливается в О состо яние, что вызывает сброс двоичного счетчика 9 в О состояние и с н которой задержкой, определяемой эле ментом 16, запуск генератора 15 импульсов . Двоичный счетчик 9 считает импульсы генератора 15, переключая весовые резисторы 1-8 в комбинации соответствующей двоичному коду числа импульсов генератора 15, Усилитель 10 совместно с весовьми резисторами 1-8 и резистором 11 обратной связи представляет собой неинверти- рующий усилитель, коэффициент передачи которого меняется в зависимости от комбинации ключевых весовых резисторов. Для выходного напряжения .можно з писать ( 1 , р (-..,-VOgp- 3 Кг Kg где Uofj - опорное напряжение на неинвертирующем входе усилителя 10J 41 - сопротивление резистора п; - О или 1 в зависимости от состояния соответст вующего разряда счетчи ка 9) 1 8 сопротивления соответствующих весовых резис торов 1-8, На выходе усилителя 10, который является одновременно и выходом уст ройства, формируется ступенчато воз растающий сигнал в диапазоне от Uon ДО max напряжение на выходе усилителя 10 сравняется с напряжением на входе устройства, срабатывает компаратор 12, выходной импульс которого перебрасывает триггер 13, последний блокирует прохождение импульсов с генератора 15 на вход регистра 9, На выходе усилителя 10, а следовательно и устройства, запоминается напряжение, соответствующее цифровому коду на выходе регистра 9 и равное входному напряжению. Из формул (3) и (4) следует, что выходное напряжение устройства определяется значением проводимости разрядов включенных весовых резисторов. Повьгоение точности предлагаемого устройства обеспечивается за счет ограничения максимального приращения выходного напряжения на величину не более заданной при условии наихудшего сочетания знаков погрешностей резисторов во всем диапазоне изменения выходного напряжения. При этом, в отличие от известного устройства на выходе предложенного устройства в период выборки илформации может формироваться немонотонно возрастающее напряжение, дискретность приближения к уровню сравнения которого, не превышает заданной величины, равной максимальному приращению напряжения при включенин младшего разряда. А.. А:„:..А, -(5) Лта т, «тсцх 1 где дгi максимальная пропта о (А к водимость ч-го (старшего разряда, обусловленная относительной погрешностью ..- 6|, резистора R ; П)-,П Р.(Л4.Л « Р° ВОДИМОСТЬ 1 -ГО . разряда, обусловленная относительной погрешностью о, реJ зистора R J mox R (.g максимальная про ВОДИМОСТЬ (1-го младшего) разряда, обусловленная относительной погрешностью, 8,, резистораR, В данном случае А заданная ма симальная величина приращения, которая обеспечивает точность выборки информации. Номинальное значение проводимости А -2-го разряда выбирается из условия Отах j 1 miM J гтах а номинальное значение сопротивления 2-го разряда выбирается из условия Яг(1-6,)ЯДП-8, R,(,) R,(l-M.lRUl-S J I Аналогично для номинального значения сопротивления 2-го разряда получаем i«inax 2min nmin , °Ъ«1пах 2т1п иди с учетом (7),А ) .( Продолжая аналогию приходим к общему соотношению, связывающему номинальное значения сопротивлений весовых резисторов предлагаемого устройства ..)4я,П-§).; Из формулы (10) следует, что номинальное значение сопротивления весового резистора к 1ждого последующего (старшего по отношению к предыдущему) разряда определяется следующим образом: -1-8 (1 /I.e. + ,), где относительное отклонение ближайшего сопротивления из ряда номинальных сопротивлений к вычислен ному значению R. при). 0. Отклонение выбирается таким образом, чтобы значения сопротивлени резисторов содержались в ряду номинальных сопротивлений по ГОСТ 2826Очевидно, что реализация предлагаемого устройства возможна в том случае, если во всем диапазоне номинальных значений весовых резисторов выполняется условие R| , которое выполняется в том.слздсае, если i(bS|j(dlOj + -S.4. Таким образом, для того чтобы в предложенном устройстве повысить точность - необходимо увеличить количество разрядов, но в то же время ужесточить требования к точйости весовых резисторов. Так, например, чтобы выполнить базовый объект, построенный на интегральной микросхеме 10-разрядного преобразователя типа 252ПАЗ, требуется подгонка сопротивлений весовых резисторов с точностью 1.0,1%. В предложенном устройстве, выбирая номинальные сопротивления весовых резисторов согласно формуле (2) можно повысить точность устройства без применения прецизионных резисторов как, например, при испытании макета предложенного устройства, собранного на дискретных иентах, используя тринадцать разрядов и выбрав сопротивления весовых резисторов по приведенной вьш1е формуле, удалось достичь точность и динамический диапазон 12-разрядного эквивалента при точности весовых резисторов i1%. Т.е. по сравнению с базовым объектом, точность .выборки увеличена в 4 раза с весовыми резисторами в 10 раз менее точными. Предлагаемое устройство наиболее ВЫГОДНО использовать в интегральном исполнении, при этом нет необходимости в подгонке номинальный значений сопротивлений резистивной матрицы, что значительно снижает трудоемкость ее изготовления при массовом производстве. При этом достигаемая точность предлагаемого устройства ограничивается разрешающей способностью компаратора, а динамический диапазон максимальным напряжением усилителя.

АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее пассивные элементы на весовых резисторах, первые выводы которых соединены с соответствующими выходами двоичного счетчика, вторые выводы соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход является выходом устройства, элемент обратной связи. на резисторе, первый вьшод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, второй вьгаод с выходом операционного усилителя и первым входом компаратора, второй вход которого является входом устройства j выход компаратора соединен с входом установки О первого Я5триггера, вход установки 1 которо-; го является управляющим входом устройства и соединен с входом элемента задержки и входом установки О второго R5 -триггера, вход установки 1 которого соединение выходом элемента задержки, первый выход - с входом установки О двоичного счетчика, второй выход - с управляющим входом генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом двоичного счетчика и выходом первого R5-триггера, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности, номинальные значения сопротивлений весовых резисторов свя§ заны соотношением (Л al , -1 «4 где - номинальное значение сопротивления весовго резистора -го разряда; Q - относительная погрешность со сопротивления весового Од резистора i -го разряда, а DU,вел1тчина, большая нуля и со соответствующая относиО) тельному отклонению ближайшего сопротивления из ряда номинальных сопротивлений к вычисленному значению Ri+i , приЛ, 0; t - текущее значение разряда.

УпраВленуе