Аналоговое запоминающее устройство Советский патент 1988 года по МПК G11C27/00 

ОС

ос

а

с W

13й

по номеру канала, а последовательно по значениям канальных напряжений, начиная с наименьшего из всех и заканчивая наибольшим - во время фазы заряда конденсатора 5, а при разряде конденсатора 5 - начиная с наибольшего из всех и заканчивая наименьшим. Формирование канальных напряжений осуществляется компараторами 10, формирователями 11 и 12 импуль1603

сов и элементами И 13 и 14. Управление ключами 3 и 4 осуществляется с выходов элементов И 13 и 14, а компараторами 10 - уровнями логических сигналов, снимаемых с выхода компараторов 8 и 9, получаемых сравнением выходного напряжения операционного усилителя 6 и опорных напряжений. 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к запоминающим устройствам, и монет быть использовано для выборки, хранения и коммутации дискретных значений изменяющихся во времени напряжений, фор- мируемых множеством измерительных преобразователей при динамических испытаниях сложных технических объектов, либо формируемых в ходе технологического или вычислительного процессов. Цель изобретения - повышение быстродействия - достигается введением дополнительных компараторов, второго элемента И и блока элементов И. Устройство обеспечивает в пределах одного шага дискретизации выборку и хранение дискретных значений канальных напряжений последовательно не S

1

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к запоминающим устройствам, и может быть использовано для выборки, хранения и коммутации дискретных значений изме- во времени напряжений, формируемых множеством измерительных преобразователей при динамических ис пытаниях сложных технических объектов, либо формируемых в ходе техноло гического или вычислительного процессов.

Цель изобретения - повышение быст родействия устройства.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, пояс няющие его работу.

Устройство содержит пассивные элементы на резисторах 1 и 2, ключи 3 и 4, накопительный элемент на конденсаторе 5, операционный усилитель 6, генератор 7 тактовых импульсов, дополнительные компараторы 8 и 9 ос- новные компараторы 10, формирователи 1 1 и 12 и fflyльcoв, первый элемент И 13, второй элемент И 14, блок 15 элементов И, шины 16 и 17 положитель ного и отрицательного напряжения, ин формационные входы 18 устройства,вхо ды 19 и 20 опорных напряжений, инфор мационный выход 21 устройства, адресные выходы 22 устройства.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим принцип действия с использованием временных диаграмм (фиг.2), где приведен случай обработ ки трех аналоговых сигналов U , и,.

15

20

и, (устройство содержит, например, 3 канала).

При поступлении в момент времени t переднего фронта импульса с прямого выхода задающего генератора 7 импульсов на один из входов многовхо- дового элемента И 13, на других входах которого находятся уровни 1, на его выходе установится единичный уровень, открывающий ключ 3 и в результате начинается процесс заряда конденсатора 5. В момент времени t напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигает значения,наименьшего из всех канальных напряжений (на фиг.2 это напряжение первого канала t/l) и срабатывает компаратор 10 первого канала, на прямом выходе которого появляется уровень 1. В результате этого, на вход формирователя 11 первого канала поступает передний фронт импульса, который запускает этот фop иpoвaтeль, вырабатываю- ший отрицательный импульс длительностью, равной необходимому времени хранения выбранного дискретного значения, в течение которого производится его обработка, например аналого- цифровое преобразование или другие операции. Другие формирователи 11 и 12 работают аналогично. С выхода формирователя 11 первого канала отрицательный импульс подается на один из входов многовходового элемента И 13, 35 в результате чего на его выходе появляется отрицательный импульс, зак- рьшакхций ключ 3 и прекращаюший заряд конденсатора 5 на время длительности этого импульса. Кроме того, с выхода того же формирователя 11 им-

25

30

пульс подается на один из входов первого элемента И блока 15 и на первом его выходе появляется импульс той же длительности.

В момент времени . t (по окончании импульса, вырабатываемого формирователем 1I первого канала) на выходе элемента И 13 вновь устанавливается единичный уровень, который открывает ключ 3 и продолжает процесс заряда конденсатора 5 по линейному закону через резистор 1 от источника напряжения -К (не показан).

В момент времени

когда и

5 - Н, - jt,v

операционного усилителя 6 достигнет значения, наименьшего из оставшихся канальных напряжений (на фиг,2 напряжение и), срабатывает компаратор

10второго канала, на прямом выходе которого появляется передний фронт импульса, запускающий формирователь

11второго канала, который вырабатывает отрицательный импульс. Этот импульс через элемент И 13 (Ь ,) поступает на управляющий вход ключа 3

и закрывает его до своего окончания, т.е. до момента времени 1 , в результате чего прекращается заряд конденсатора 5, что свидетельствует об окончании процесса хранения дискретного значения второго сигнала. Импульс формирователя 1I второго канала через второй элемент И блока 15 поступает также на управляюнщй выход второго канала. После его окончания (в момент времени ,) вновь начнется процесс заряда конденсатора 5, который будет продолжаться до момента времени t, когда напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет значения последнего из оставшихся канальных напряжений (на эпюре фиг.2 напряжение U) и в результате срабатывает компаратор 10 третьего канала, на прямом выходе которого появится передний фронт иготульса, запускающий формирователь 11 третьего канала, которьй вырабатывает отрицательный импульс. Этот импульс через элемент И 13 поступает на управляющий вход ключа 3 и закрывает его до своего окончания,т.е.

до момента времени

в результате

чего прекращается заряд конденсатора, что свидетельствует об окончании процесса хранения дискретного значения последнего из напряжений. Импульс формирователя 11 третьего ка- i

нала через элемент И блока 15 поступает также на адресный выход третьего канала. После его окончания (в мо-

мент времени t g; вновь начнется процесс заряда конденсатора 5, которьй будет продолжаться до момента времени t,g , когда напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет

максимального положительного значения диапазона изменения входных сигналов и, поступающего на неинверти- руюищй вход компаратора 8 (К +) , на выходе которого устанавливается уро-

вень о через элемент И 13 закрываю- щй ключ 3.

Фаза заряда конденсатора 5 начинается в момент времени t ,|, при поступ- .аении переднего фронта импульса с ин-

вертирующего выхода генератора 7 на один из входов элемента И 14 (U.

М 2

на других входах которого находятся уровни 1. Па его выходе установится единичный уровень, открывающий ключ 4, в результате чего начинается процесс разряда конденсатора 5 по линейному закону через резистор 2 от источника напряжения +Е (не показан). В момент времени t, напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет значения, наибольшего из всех канальных напряжений (на фиг.2 напряжение третьего канала U ) и срабатывает компаратор 10 третьего канала, на инверсном выходе которого появляется передний фронт,-импульса, запускающий формирователь 12 третьего канала, который вырабатывает отрицательный импульс. Этот импульс через элемент И 14 (U „,) поступает на уп- равляюш 1Й вход ключа 4 и закрывает его до своего окончания, т.е. до момента времени t , , в результате чего сокращается процесс разряда конденсатора 5, что свидетельствует об окончании хранения дискретного значения выбранного канального напряжения. Импульс формирователя 12 третьего ка нала через элемент И блока 15 поступает также на выход 22 третьего канала. После его окончания (в момент времени t ,2) вновь начнется процесс разряда конденсатора 5, которьй бу дет продолжаться до.момента времени t , когда напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет наибольшего из оставшихся калальных напряжений (на фиг. 2 напряжение Ь ) и срабатывает компаратор 10 второго канала, на инверсном выходе которого по является передний фронт импульса, запускающий формирователь 12 второго канала, который вырабатывает отрицательный импульс. Этот импульс через элемент И 14 (Цц,) поступает на управляющий вход ключа 4 и закрывает его до своего окончания, т.е. до момента времени t , в результате чего прекращается процесс разряда конденсатора 5, что свидетельствует об окончании хранения дискретного значения второго канального напряжения. Импульс формирователя 12 второго канала через элемент И блока 15 поступает также на выход 22 второго канала. После его окончания {в момент времени t ,4) вновь начнется процесс разряда конденсатора 5, который будет продолжаться до момента времени t, , когда напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет значения последнего из оставшихся канальных напряжений (на фиг.2 напряжение U,) и срабатывает компаратор 10 первого канала, на инверсном выходе которого появляется передний фронт импульса, запускающий формирователь 12 первого канала, кото- рьш вырабатывает отрицательный импульс. Этот импульс через элемент И 14 (и„) поступает на управляющий вход ключа 4 и закрывает его до своего окончания, т,е, до момента времени , , в результате чего прекращается процесс разряда конденсатора 5, что свидетельствует об окончании хранения дискретного значения первого канального напряжения. Импульс формирователя 12 первого канала через элемент И блока 15 поступает также на выход 22 первого канала. После его окончания (в момент времени t ,) вновь начнется процесс разряда конденсатора 5, который будет продолжаться до момента времени t,., , когда напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет максимального отрицательного значения диапазона изменения входных сигналов U, посту- пакщзго на инвертирующий вход компаратора 9 (к -), на выходе которого устанавливается уровень О, через элемент И 14 закрывающий ключ 4.

С момента времени при поступлении переднего фронта импульса с прямого выхода задающего генератора импульсов 7 на один из входов элемен13816036

I- та И 13 (,) снова начинается фаза заряда конденсатора 5 и все процессы повторяются аналогично выше описанному.

Анализируя действия и временную диаграмму работы (фиг,2) для нескольких шагов дискретизации, можно придти к выводу, что предлагаемое устрой10 ство обеспечивает в пределах одного шага дискретизации выборку и хранение дискретных значений канальных напряжений последовательно не по номеру канала, а последовательно по ранжиру,

JC т.е. по значениям канальных напряжений, начиная с наименьшего из всех и заканчивая наибольшим - во время фазы заряда конденсатора 5, начиная с наибольшего из всех и заканчивая

2Q наименьшим - во время фазы разряда конденсатора 5. На фиг,2 наблюдается следующий порядок выборки и хранения напряжений: 1 шаг дискретизации (фаза заряда) - и, и,.и,; 2 шаг (фа25 за разряда) - U ,, U,, U, и т.д.

В устройстве одновременно выполняются функции многоканальной коммутации (коммутация с адаптацией и к уровням канальных напряжений) и функ2Q ция аналогового запоминающего устройства, т.е, выборка и хранение дискретных значений.

Число каналов может быть произвольным, однако необходимо учесть, что максимальное число каналов определяется максимальной скоростью изменения канальных напряжений (т.е. их динамикой), погрешностью дискретизации, выборки и хранения, а также

. взаиморасположением канальных напряжений, как функций времени, одно относительно другого. Минимальная длительность импульсов генератора 7 определяется скоростью заряда и скоростью разряда конденсатора 5, а так35

45

же длительностью хранения дискретных значений сигналов и рассчитывается по формулам:

1 + -Гзм.кс+ П. t

Л1}

BI

50

.

+ i

Т- П V

р м о КС хр

л и вх

-г,- + П . т ,

55-

где Т + - длительность положительного импульса генератора 7;

взаиморасположением канальных напряжений, как функций времени, одно относительно другого. Минимальная длительность импульсов генератора 7 определяется скоростью заряда и скоростью разряда конденсатора 5, а так

же длительностью хранения дискретных значений сигналов и рассчитывается по формулам:

1 + -Гзм.кс+ П. t

Л1}

BI

.

+ i

Т- П V

р м о КС хр

л и вх

-г,- + П . т ,

55-

где Т + - длительность положительного импульса генератора 7;

3 макс

7138;

т - - длительность отрицательного импульса генератора 7;

U 5 - диапазон изменения входных сигналов;

-время заряда конденсатора 5 от максимальной отрицательной границы диапазона изменения входных 10 сигналов до максимальной положительной;

-время разряда от максимальной положительной границы диапазона изменения входных сигналов до максимальной отрицательной;

-

р Maicc

,5

Uj - скорость заряда конденсатора 5;

Up - скорость разряда конденсатора 5;

п - количество сигналов; О - длительность хранения

дискретных значений сигналов (принимается равной для всех сигналов). Следует отметить, что входные сигналы должны быть ог-раничены по скорости нарастания, так как при не соблюдении этого требования возможна повторная выборка сигнала по одному и тому же каналу, что влечет за собой недозаряд (недоразряд) конденсатора до границы диапазона из-за добавочной выборки и хранения этого сигнала, что может привести к опасности невыборки сигналов, находяи1ИХ ся возле границы диапазона. Но эту опасность можно исключить, предусмотрев некоторый запас длительности импульсов задающего генератора 7. Использование компараторов 8,9 (К +, К-) позволяет исключить пла вание диапазона входных сигналов при возможной одновременной вьзборке (фиг. 21 i4b;;j ) нескольких сиг налов, что может привести к перезарядке (переразрядке) конденсатора 5 относительно границы диапазона.

Увеличение быстродействия достих а ется за счет использования фазы разряда конденсатора в качестве рабочей фазы. Поэтому длительность шага диск

38

ретизации уменьшается на время,необходимое для разряда конденсатора в устройстве-прототипе от максимальной положительной границы д1 апазона изме- }1ения входных сигналов до максимальной отрицательной.

Формула изобретения

нало1 овое запош1нак1цее устройст- во, содержащее накопительный элемент на конденсаторе, обкладки которого соединены с входом и выходом операционного усилителя соответственно, первый и BTopoii пассивные элементы на резисторах, первые выводы которых соединень; с информационнымл входами первого и второго ключей соответст-

венно, выходы ключей сое;и1нены с входом операционного усилителя, выход которого является информационным вькодом устройства, вторые выводы резисторов соединены соответственно с

шинами положительного и отрицательного напряжения устройства, генератор тактовых импульсов, основные ком- параторы, первые входы которых являются информационными входами устрой-

ства, формирователи импульсов, пер- вьй элемент И,отличающее- с я тем, что, с целью повышения Быстродействия устройства, в него рцедены дополните:1ьные компараторы,

второй И и блок элементов И, выходы которого являются адресными выходами устройства, входы блока эле- менюв И соединены с выходами форми- рователе импульсов и первыми входа-

MJi первого и второго элементов И,

вторь е входы которых соединены с выходами Г енератора тактовых импульсов , третьи входы первого и второго эле- eнтoв И соединены с выходами допол-

нительных компараторов, первые входы дополнительных и вторые входы основных компараторов соединены с выходом операционного усилителя, вторые входы дополнительных компараторов явля-

ются входами опорных напряжений устройства, ВЫХОД111 первого и второго элементов Я соединены с управляюгл5ми входами первого и второго ключей соответственно.

и,

К1

Укг Uf(z Vpi

. Up. Л

V,,

V,

/(и,

ЧН1

UH

Mi

u,

V,, z