Аналоговое запоминающее устройство Советский патент 1980 года по МПК G11C27/00 

(54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, например в аналого-цифровых преобразователях контрольно-измерительных, вычислительных, телевизионных и других системах для осуществления временной дискретизации электрических сигналов. В настоящее время устройства выборки и хранения мгновенных значений высокочастотного сигнала, например телевизионного, выполняются по разомкнутой схеме с применением запоминающего и мостового диодного ключа, последовательно соединенного с источником входного сигнала. Основная проблема, возникающая при построении такого устройства - выбор схемы коммутации мостового диодного ключа. Наилучшие динамические и статические параметры устройства выборки и хранения обеспечивает схема токовой коммутации мостового ключа. Известное устройство содержит входной усилитель-повторитель напряжения, сигнал с выхода которого подан на вход мостового диодного ключа, а с выхода мостового диодного ключа сигнал подан на одну из обкладок запоминающего конденсатора и вход выходного усилителя-повторителя напряжения. Схема токовой коммутации устройства содержит два источника постоянного тока, между которыми в отпирающем направлении подсоединяется точками коммутации мостовой диодный ключ. Каждая из точек коммутации соединена с одним из двух ответвительных диодов. Первый ответвительный диод соединен анодом с общими анодами диодов мостового диодного ключа. Втором ответвительный диод соединен катодом с общими катодами диодов мостового диодного ключа. На катод первого и анод второго ответвительных диодов поданы противофазные импульсы с выходов формирователя импульсов коммутирующего напряжения. В режиме выборки ответвительные диоды закрыты импульсами коммутирующего напряжения, и токи источников постоянного тока протекают через смещенные в прямом направлении диоды мостового диодного ключа. Этим обеспечивается его открытое состояние, необходимое для заряда запоминающего конденсатора до мгновенного значения напряжения входного сигнала. В режиме хранения токи источников постоянного тока переключаются коммутирующим напряжением через ответвительные диоды на выходы формирователя импульсов коммутирующего напряжения. Диоды мостового диодного ключа запираются и на запоминающем конденсаторе сохраняется выбранное значение напряжения входного сигнала. Для сохранения независимости коммутационных параметров мостового диодного ключа от напряжения входного сигнала -устройство со 1ержит схему слежения положения импульсов коммутирующего напряже-. ния относительно нулевого потенциала за напряжением входного сигнала. Вход схемы слежения подключен к выходу выходного усилителя-повторителя напряжения, а выход - к щинам питания формирователя импульсов коммутирующего напряжения 1. Недостатками этого устройства являются малое быстродействие и низкая точность. Причина этих недостатков заключается в конфигурации схемы токовой коммутации мостового диодного клк)ча, так как для переключения последнего размах напряжения между точками его коммутации должен быть близким к динамическому диапазону напряжений входного сигнала. В противном случае при быстрых изменениях входного сигнала возможно нарущение коммутации. Это приводит к появлению заметных погрещностей, связанных с проникновением на запоминающий конденсатор через паразитные емкости диодов мостового диодного ключа импульсов коммутирующего напряжения. Кроме того, повышенное запирающее напряжение на диодах мостового диодного ключа снижает его сопротивление утечки, что увеличивает погрешность в режиме хранения. В итоге ограничивается быстродействие устройства и снижается его точность.

Наиболее близким по технической сущности является аналоговое запоминающее устройство, содержащее входной усилитель, с выхода которого сигнал подан на вхо, мостового диодного ключа, соединенного выходом с одной из обкладок запоминающего конденсатора и со входом выходного, усилителя-повторителя напряжения. Коммутация ключа осуществляется одновременным изменением напряжения тока в каждой из двух ветвей, подходящих к соответствующей точке коммутации мостового диодного ключа от формирователя импульсов коммутирующего тока. Каждая точка коммутации мостового диодного ключа соединена с анодом первого и катодом второго ответвительныХ диодов, полярность подключения которых в точке коммутации противоположна полярности диодов мостового диодного ключа на другие электроды первого и второго ответвительных диодов относительно шины нулевого потенциала поданы соответственно положительный и отрицательный постоянные запирающие потенциалы, разность между

которымИ превышает динамический диапазон напряжений входного сигнала. В режиме выборки коммутирующие токи имеют направление, отпирающее для диодов мосто- вого диодного ключа.. Этим обеспечивается его отпирание, необходимое для заряда запоминающего конденсатора до мгновенного значения напряжения входного сигнала. Первый и второй ответвительные диоды при этом закрыты запирающими потенциалами.

16 В режиме хранения коммутирующие токи изменяют свое направление на запирающее для диодов мостового диодного ключа. Ответвительные диоды открываются и между точками коммутации мостового диодного ключа устанавливается запирающий перепад

напряжения. Величина перепада определяется постоянными запирающими потенциалами, поданными к электродам ответвительных диодов 2..

9 Недостатками этого устройства являются низкая точность и быстродействие. Эти недостатки обусловлены тем, что на соответствующие электроды ответвительных диодов относительно шины нулевого потенциала поданы постоянные запирающие потенциалы, превышающие по абсолютной величине максимально возможную амплитуду входного сигнала соответствующей полярности. В результате время выключения мостового диодного ключа оказывается минкg мальным в середине диапазона напряжений входного сигнала и максимальным по его краям.т. к. в зависимости от напряжения входного сигнала запирающий перепад на диодах мостового диодного ключа изменяется от минимального (обычно 0,5-1,0 В)

5 до максимального, превышающего динамический диапазон напряжений входного сигнала. Это приводит к снижению точности устройства. Кроме того, повышенные несимметричные запирающие перепады напряжения на диодах мостового диодного ключа приводят к появлению значительных погрешностей проникновения импульсов коммутирующего тока на запоминающий конденсатор. В результате снижается быстродействие устройства.

S Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства.

Эта цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент, например конденсатор, одна обкладка которого соедине® на с щиной нулевого потенциала, а другая обкладка - с входом повторителя напряжения, выход которого подключен к выходу устройства, усилитель, первый вход которого соединен со входом устройства, ключ, выполненный по мостовой схеме, к первой диагонали которой подключен, выход усилителя и вход повторителя напряжения, а к второй диагонали - выходы формирователя импульсов и одни из выводов нелинейных

элементов, введен ограничитель тока, выход которого соединен со вторым входом усилителя, вторые выводы нелинейных элементов соединены с выходом повторителя напряжения.

На чертеже показана схема аналогового запоминающего устройства.

Устройство содержит усилитель 1, ограничитель 2 тока, ключ 3, выполненный по мостовой схеме, накопительный элемент 4, например конденсатор, одна из обкладок которого соединена с шиной 5 нулевого потенциала, другая обкладка - со входом повторителя 6 напряжения, выход которого соединен со вторыми выводами нелинейных элементов 7 и 8, первые выводы которых соединены со второй диагональю мостовой схемы и выходами формирователя 9 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Дискретизируемый сигнал подается на вход усилителя 1. В режиме выборок противофазные импульсы с выходов формирователя 9 импульсов отпирают ключ 3. Отпирающий ток протекает через выход формирователя 9 импульсов, открытый ключ 3 и второй выход формирователя 9 импульсов. Поскольку напряжение на выходе повторителя 6 напряжения равно напряжению на конденсаторе 4, то в линейном режиме вь1борки нелинейные элементы 7 и 8 заперты и на работу ключа 3 влияния не оказывают. В режиме хранения ток через выходы формирователя 9 импульсов изменяет свое направление и- замыкается через нелинейные элементы 7 и 8, на которых создается напряжение запирания ключа 3, равное 1,4 В. Предусмотренное токоограничение выходного тока усилителя 1 с помощью ограничителя 2 необходимо для предотвращения его перегрузки при возможном отпирании ключа 3, связанного непосредственно с выходом усилителя 1. Это может произойти, если за время хранения напряжение на входе ключа 3 изменится более чем на 0,5 В в положительном или отрицательном направлениях. При этом режим хранения не нарущится, так как диоды ключа 3, соединенные непосредственно с конденсатором 4 останутся закрытыми. Если в режиме хранения диоды ключа 3 не отпираются, то суммарный ток, потребляемый нелинейными элементами 8 и 7 от повторителя напряжения 6 равен нулю. Ограничение запирающегося перепада напряжения на диодах ключа 3 до 0,5 В, возникающее при объединении выводов нелинейных элементов 7 и 8, уменьшает проникновение коммутационных помех в выборку и повыщает сопротивление утечки ключа 3. Благодаря отслеживанию напряжения, подводимого к общей точке нелинейных элементов 7 и 8 с выхода повторителя 6 напряжения, за напряжением на входе ключа 3 сохраняется независиJ мость коммутационных параметров ключа 3 от последнего, что способствует повышению как статической, так и динамической точности, а также быстродействия устройства. Введение ограничителя 2 тока позволяет расширить динамический диапазон напряжения входного сигнала с одновременным увеличением точности устройства.

Использование предлагаемого аналогового устройства выборки и хранения мгновенных значений электрического сигнала в

аналого-цифровых преобразователях контрольно-измерительных, вычислительных, телевизионных и других системах позволяет за счет повышенной точности и быстродействия устройства вести обработку информации со скоростями более, чем 100 мбод.

0 При промышленном производстве предлагаемого устройства предполагается снижение затрат на регулировочные работы, так как в устройстве не требуется тщательное симметрирование мостового ключа и подбор его элементов по паразитным параметрам на высоких частотах.

Формула изобретения

0 Аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент, например конденсатор, одна обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, а другая обкладка - с входом повторителя напряжения, выход которого подключен к выходу устройства, усилитель, первый вход которого соединен со входом устройства, ключ, выполненный по мостовой схеме, к первой диагонали которой подключен выход усилителя и вход повторителя

напряжения, к второй диагонали- выходы формирователя импульсов н одни из выводов нелинейных элементов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, в него введен ограничитель тока , выход которого соединен со вторым входом усилителя, вторые выводы нелинейных элементов соединены с выходом повторителя напряжения. Источники информации, Цринятые во внимание при экспертизе

2. IEEE Trans on commun 1974, СОМ-22, № 7, p. 986-984, fig. 6 (прототип).