Аналоговое запоминающее устройство Советский патент 1987 года по МПК G11C27/00 

Изобретение относится к автоматике и информационно-измерительной технике и может быть использовано при дискретизации непрерывных сигналов, в процессе их аналого-цифрового преобразования.

Известно аналоговое запоминающее устройство, которое содержит первый ключ, второй ключ, третий ключ, регу лятор уровня напряжения, соединенный с выходом выходного повторителя напряжения, причем выход регулятора уровня напряжения через второй ключ соединен со входом первого ключа, и входной усилитель, первьш вход которого соединен с входом устройства, второй вход - с выходом устройства и выходом Выходного повторителя напряжения, вход которого соединен с на- копительным элементом, например, с одной из обкладок конденсатора, и выходом первого ключа., а другая обкладка конденсатора соединена с общи приводом, причем, вход третьего ключ соединен с выходом выходного усилителя, а выход - с входом первого ключа.

Недостатком этого устройства является сложность, и кроме того, воз- можность одновременного достижения ; высокой точности и быбтродействия ограничена из-за противоречивости требований к регулятору напряжения.

„ ,.

Наиболее близким к предлагаемому

является аналоговое запоминающее устройство, которое содержит первый, второй и третий ключи, блок сравнения, конденсатор, первый и второй резисторы и буферный усилитель, выхо которого соединен со входом второго ключа и выходом устройства, неинвертирующий вход соединен с инвертирующим входом сравнивающего усилителяэ выходом третьего ключа и одной обкладкой конденсатора, другая обкладк конденсатора соединена с общим проводом, вход устройства соединен со входом первого ключа, выход первого ключа соединен с неинвертирующим входом сравнивающего усилителя и выходом второго ключа, инвертирующий вхо буферного усилителя через первый резистор соединен с выходом сравнивающего усилителя и через второй резистор с выходом устройства, вход третьего ключа соединен с выходом сравнивающего усилителя.

5

Q

5

„

0

5

Недостатком этого устройства является невысокая точность. При малых уровнях входных сигналов точность снижается из-за невозможности получения коэффициента передачи устройства больше единицы, в результате чего уровень пролезания напряжения управления ключами и собственные шумы усилителей соизмеримы с запоминаемым напряжением. Изменение уровня выходного напряжения от нуля, в режиме выборки до запоминающего уровня в режиме хранения даже при неизменном входном напряжении увеличивает время переходных процессов в цепях устройства, что снижает точность в динамическом режиме. Кроме того, наличие импульсного выходного напряжения ухудшает характеристики электромагнитной совместимости (ЭМС), что приводит к дополнительному снижению I точности устройства и системы, в которую оно входит.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент на конденсаторе, одна из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, первьш ключ которого является первым входом устройства, усилитель,неинвертирующий вход которого соединен с первым входом блока сравнения и с выходом второго ключа, вход которого соединен с выходом первого ключа, выход усилителя является выходом устройства и соединен со входом третьего ключа, выход которого соединен с другой обкладкой конденсатора, введены первьш и второй двухполюсники и параллельно соединенные делитель напряжения и четвертый ключ, вход которого соединен с выходом усилителя и со входом первого двухполюсника, выход первого двухполюсника соединен со входом второ го ключа, выход четвертого ключа соединен со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с инвертирующим входом усилителя, выход третьего ключа соединен со входом второго двухполюсника, выход которого соединен с неинвертирующим входом усилителя, тем, что в устройство дополнительно введены формирователь сигналов и управляемый фильтр, первый вход управляемого фильтра соединен с выхо-i13

дом блока сравнения, второй вход управляемого фильтра соединен с выходом формирователя сигналов, вход которого является вторым входом устройства, инвертирующий вход усилителя соединен с первым выходом управляемого фильтра,, второй выход которого соединен с третьим входом блока сравнения.

На фиг. 1 представлена функцио- нальная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - то же, вариант.

Предложенное устройство (фиг. 1) содержит ключи 1-4, блок 5 сравнения, двухполюсники 6 и 7, усилитель 8, накопительный, элемент на конденсаторе 9, делитель 10 напряжения и шину 11 нулевого потенциала.

Устройство (фиг. 2) дополнительно содержит формирователь 12 сигналов, управляемый фильтр 13.

Первый и второй двухполюсники 6 и 7 могут быть выполнены в виде ключей, или в виде резисторов, например МОП-резисторов или в виде линейных резисторов.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

В режиме выборки ключи 1-3 замкнуты, а ключ 4 разомкнут и предложенное устройство работает как устройство выборки-хранения компараторного типа. Входное напряжение U- поступает на неинвертирующий вход усилителя 8 и усиливается в К раз. Конденсатор 9 через замкнутый ключ 3 заряжается до напряжения, существующего на выходе усилителя 8.

Ug - Ugfci

и

6х

К,,

где Ug - напряжение на конденсаторе 9; Ufibi : напряжение на выходе бу

фарного усилителя 8; К - коэффициент передачи по напряжению усилителя 8. Выходное напряжение усилителя 8 после ослабления делителем 10 и раз поступает на второй вход блока 5 сравнения.

Так как на первый вход блока 5 через замкнутые ключи 1 и 2 подается входное напряжение, то блок 5 будет отрабатывать напряжение рассогласования на его входах, усиливая и ввод

его в инвертирующий вход усилителя 8. При этом будет выполнено условие

А б,,

61

где и - напряжение на выходе делителя 10. Так как

и и 5.-. А Ueb

(3)

где К - коэффициент ослабления делителя 10,

то условие (2) будет выпо.пняться даже при разомкнутой цепи дифференциальной

обратной связи (ДОС), если К - .

А

При замкнутой петле ДОС изменения ко.эффициента передачи усилителя 8 компенсируются. Тогда из (1)

УС UBX - и,,, к.

(4)

25

о

35

40

45

где К. - коэффициент передачи усилителя 8 по неинвертирующему входу двухполюсника 7 при замкнутой петле ДОС. При этом конденсатор 9 будет заряжен с масштабным коэффициентом К. В режиме хранения ключи 1-3 разомкнуты, а ключ 4 замкнут. При этом глубина ДОС максимальная и устройство работает как повторитель напряжения, поступающего через двухполюсник 7 на неинвертирующий вход усш1ителя 8 с конденсатора 9.

Через двухполюсник 6 на выход ключа 1 подается напряжение следящей обратной связи с выхода усилителя 8, что повышает точность в режиме хранения за счет снижения тока утечки через разомкнутый ключ 2. Так как разность потенциалов на разомкнутом ключе 2 поддерживается минимальной, то и его ток утечки будет минимален. Ток утечки разомкнутого ключа 1 будет при этом замыкаться на шину 1 1 через выходное сопротивление усилителя 8, которое может быть сделано достаточно малым.

Так как конденсатор 9 заряжен с масштабным коэффициентом, то и выходное напряжение устройства равно

Uc и

tv

к.

5S

Устройство (фиг. 2) работает следующим образом.

В режиме выборки ключи 1-3 замкнуты, а ключ 4 разомкнут и предложенное устройство работает как устройство

выборки - хранения компараторного типа. Входное напряжение Uj через замкнутые ключи 1 и 2 поступает на неинвертирующий вход усилителя 8 и усиливается в Ку раз. Конденсатор 9 через замкнутый ключ 3 заряжается до напряжения, присутствующего на выходе усилителя 8

и

БЫХ

и

6V

К

(1)

где и

5

и

бн

К,

напряжение на конденсаторе 11 ;

напряжение на вьгходе усилителя 8;

коэффициент передачи по напряжению усилителя 8 по неинвертирующему входу при замкнутом на шину 11 нулевого потенциала его инвертирующем входе. Выходное напряжение усилителя 8 после ослабления делителем в Кд раз поступает на второй вход блока 5. Так как на первьш вход блока 5 через замкнутые ключи 1 и 2 подается входное напряжение, то блок 5 сравнения будет отрабатывать напряжение рассогласования, усиливая его в К раз, вводя через управляемый фильтр 13 на инвертирующий вход усилителя 8 этом будет выполняться условие

При

А

и

6Х

(2)

УЛ напряжениетеля to.

на выходе делиТак как

и

вЫУ

Кд и

6х

к

К

А

где К , - коэффициент ослабления делителя 10,

то условие (2) будет выполняться, даже при разомкнутой цепи дифференциальной обратной связи (ДОС), если

К -1

. КдПри замкнутой петле ДОС изменени коэффициента передачи усилителя 8 компенсируются. Тогда из (1)

Ua и

в

1 - тт

к; - ь.где К - коэффициент передачи усилителя 8 по неинвертирующему входу при замкнутой петле ДОС.

10

452616

При этом конденсатор 9 будет заряжен с масштабным коэффициентом К. .

V

В режиме хранения ключи 1-3 разомкнуты, а ключ,4 замкнут. При этом глубина ДОС максимальна и устройство работает как повторитель напряжения, поступающего через двухполюсник 7 на неинвертирующий вход усилителя 8 с конденсатора. 9,

Через двухполюсник 6 на выход ключа 1 подается напряжение следящей обратной связи с выхода усилителя 8, что повышает точность в режиме хранения за счет снижения тока утечки через разомкнутый ключ 2. Так как разность потенциалов на разомкнутом ключе 2 поддерживается минимальной, то и его ток утечки будет минимален. Ток утечки разомкнутого ключа 1 будет при этом замыкаться на шину 11 нулевого потенциа.аа через выходное сопротивление усилителя 8, которое может быть сделано достаточно малым. Так как конденсатор 9 был заряжен

15

20

25

с масштабным коэффициентом К, то и выходное напряжение устройства равно

и„ и

ех

К,

30

35

40

45

50

55

Повьшение запоминаемого на конденсаторе 9 напряжения, по сравнению со входным, позволяет снизить влияние собственных шумов блока 5 сравнения и усилителя 8 в режиме хранения снизить относительный уровень пролеза- ния напряжения управления ключами 1-4, что повьш1ает точностные характеристики устройства в динамическом режиме.

Управляемый фильтр 13, амплитудно-частотная характеристика которого управляется синхронно с переходом из режима выборки в режим хранения и обратно, изменяет глубину ДОС в частотном диапазоне.

В режиме выборки полоса пропускания управляемого фильтра 13 расширяется, обеспечивая минимальное время выборки.

В режиме хранения полоса пропускания сужается, обеспечивая минимальный уровень шумов в выходном напряжении устройства. Закон изменения амплитудно-частотной характеристики управляемого фильтра 13 выбирается на основе компромисса между точностью и временем процесса выборки, шумами в режиме хранения, временем установления переходных процессов в устройстве и сложностью реализации. Формирование управляющего напряжения, поступающего на управляемый фильтр 13, осуществляется формирователем 12.

Делитель 10 напряжения может быть выполнен частотозависимым, с подъемо высоких частот, что позволяет, за счет снижения требований к максимально допустимому размаху дифференциального входного напряжения блока 5 сравнения, оптимизировать его по быстродействию, напряжению смещения нуля и шумам, что, в свою очередь, повьшает точностные характеристики устройства. Выходное напряжение устройства, при неизменном входном, также остается неизменным, повторяя изменения входного напряжения с масштабным коэффициентом К. Отсутствие явления избыточного расширения динамического диапазона выходного сигнала, по сравнению со входным, снижает время установления в цепях устройства и улучшает характеристики ЭМС, что повьш1ает точность устройства и системы в целом, в которой это устройство применяется.

В качестве двухполюсников 6 и 7 могут быть использованы ключи, коммутируемые противофазно ключам 1-3 (при этом достигается высокое быстродействие устройства, но, как правило, с увеличением погрешности из-з пролезания напряжений управления этими ключами); нелинейные, например МОП-резисторы (при этом упрощается реализация устройства, особенно в интегральном исполнении, при удовлетворительном выполнении компромисса между быстродействием и точностью а также линейные резисторы, величина сопротивления которых выбирается на основе компромисса между допустимыми снижением входного сопротивления устройства и увеличением времени переходных процессов, т.е. снижением быстродействия (при этом при выполнении устройства по гибридно-пленочной технологии или на дискретных компонентах упрощается его реализация и повьш ается надежность) .

5

0

5

0

5

0

5

0

Применение предложенного устрой- - ства в составе системы сбора телеметрической информации позволяет получить заданные точностные характеристики без применения предварительных усилителей в цепях низкого уровня.

Формула изобретения

1.Аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительньм элемент на конденсаторе, одна из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, первый ключ, вход которого является первым входом устройства, усилитель, неннвертиру- ющий вход которого соединен с первым входом блока сравнения и с выходом второго ключа, вход которого соединен с выходом первого ключа, выход усилителя является выходом устройства и соединен с входом третьего ключа, выход которого соединен с другой обкладкой конденсатораj о т- личающееся тем, что, с целью повьш1ения точности устройства, в него введены первый и второй двухполюсники и параллельно соединенные делитель напряжения и четвертый ключ, вход которого соединен с выходом усилителя и входом первого .двухполюсника, выход первого двухполюсника соединен с входом второго ключа, выход четвертого ключа соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с инвертирующим входом усилителя, выход третьего ключа соединен с входом второго двухполюсника, выход которого соединен с неинвертирующим входом усилителя.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в него дополнительно введены формирователь сигналов и управляемый фильтр, первый вход управляемого фильтра соединен

с выходом блока сравнения, второй вход управляемого фильтра соединен с выходом формирователя сигналов, вход которого является вторым входом устройства, инвертирующий вход усилителя соединен с первым выходом управляемого фильтра, второй выход которого соединен с третьим входом блока сравнения.

ивж

и8ык.

Редактор И. Сегляник

Составитель А, Воронин

Техред Л. Сердюкова Корректор М. Шароши

4927/51

Тираж 587 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

(ftue.l

Изобретение относится к области автоматики и информационно-измери тельной техники и может быть использовано для дискретизации непрерывных сигналов в процессе их аналого-цифрового преобразования. Цель изобретения - повьшение точности достигается введением первого и второго двухполюсников, параллельно соединенных делителя напряжения, четвертого ключа, формирователя сигнала и управляемого фильтра. Устройство содержит ключи 1-4, блок 5 сравнения, двухполюсники 6 и 7, усилитель 8, накопительный элемент на конденсаторе 9, делитель 10 напряжения, шину 11 нулевого потенциала, формирователь 12 сигналов и управляемый фильтр 13. Использование устройства в составе системы сбора телеметрической информации позволяет получить заданные точностные характеристики без применения предварительных усилителей в цепях низкого уровня. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. i (Л J НИ- СА:) 4 ел tsD 05 - usttf.