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

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для выборки и хранения мгновенных значений напряжений и может быть использовано в аналого-цифровых преобразователях. .

Известно аналоговое запоминающее уст ройство, охваченное двумя контурами отрицательной обратной связи и содержащее усилители, ключи 1.

Известно также аналоговое запоминающее устройство, содержащее основной усилитель и дополнительный, охваченный отри- ю дательной обратной связью по одному из входов и подключенный этим входом к выходу основного усилителя и через первый ключ к другому входу, конденсатор памяти, включенный между шиной нулевого потенциала и точкой соединения другого входа дополнительного усилителя и одного из входов основного, соединенного через второй и третий ключи соответственно с источником сигналов и выходом дополнительного усилителя .20

С замкнутыми первым и вторым ключами и разомкнутым третьим устройство охвачено первым контуром отрицательной обратной связи и находится в режиме выборки.

Напряжение на конденсаторе памяти и выходе дополнительного операционного усилителя меняется синфазно с напряжением входного сигнала и мало отличается от него по величине. С замкнутым третьим ключом и разомкнутыми остальными устройство охвачено вторым контуром отрицательной обратной связи и находится в режиме хранения. Напряжение с выхода дополнительного операционного усилителя подается на вход основного усилителя. Так как характеристи. ки основного усилителя не изменяются от режима выборки к режиму хранения, это напряжение устанавливается в режиме хранения равным свысокой точностью напряжению сигнала при переходе устройства из режима выборки в режим хранения.

Обладая высокой точностью и быстродействием, малым смещением нуля и дрейфом смещения, хорошим подавлением синфазной ошибки, устройство представляет особую ценность для использования его в аналогоцифровых преобразователях (АЦП) высокой точности. В АЦП устройство должно выполнять основную функцию - вычитание эталонного сигнала из входного и умножение разности на соответствующий коэффициент. Наибольшей точностью при высоком быстродействии из известных обладают АЦП в которых вычитание сигналов производится в виде токов (не напряжений). Известное устройство выборки и хранения допускает вычитание сигналов в виде напряжений. Это не позволяет достичь в целом по АЦП, построенному на основе известного устройства выборки и хранения, точности и быстродействия такоЬо же, как в самом устройстве выборки и хранения, что является его недостатком.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей устройства за счет выполнения функции вычитания эталонного напряжения из входного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент, например конденсатор, одна обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, первый усилитель, один из входов которого через первый и второй ключи соединен соответственно со входом устройства и с первым выходом второго усилителя, охваченного по одному из входов обратной связью, и выходом устройства,, другой вход первого усилителя соединен с шиной нулевого потенциала, и третий ключ, введен третий усилитель и два пассивных элемента, причем выход первого усилителя соединен через третий ключ с другой обкладкой конденсатора и входом третьего усилителя, выход которого через первый пассивный элемент соединен с одним .из входов первого усилителя и непосредственно с другим входом второго усилителя, один из входов второго усилителя через второй пассивный элемент соединен с выходом первого усилителя.

На чертеже показана функциональная схема устройства, включающая усилители 1, 2, 3, ключи 4, 5, б, пассивные элементы 7 и 8, элемент обратной связи 9, накопительный элемент, например конденсатор 10, шину нулевого потенциала 11.

Устройство работает следующим образом.

С замкнутыми ключами 4, б и разомкнутым 5 устройство охвачено первым контуром отрицательной обратной связи и находится в режиме выборки. На выходе 13 усилителя 2 устанавливается напряжение, близкое по величине входному напряжени1р и противоположное по знаку. Это же напряжение, а также близкое к немупо величине напряжение на конденсаторе 10 (коэффициент передачи усилителя 2 равен 1) поступают на входы усилителя 3.

Так как напряжение суммирук)щей точки (вход 16 усилителя 3) мало отличается по величине от напряжения на входе 15, а значит и от напряжения на конденсаторе 10, то ток на выходе 14 усилителя 1 отсутствует. Следовательно, отсутствует и ток через элемент 9, а напряжение на выходе 17 усилителя 3 не отличается по величине от напряжения на выходе 13 усилителя. Напряжение на противофазном выходе 18 усилителя 3 отличается от напряжения на выходе 17 только по знаку. Это значит, что напряжение на выходе 18 усилителя 3 мало отличается от входного напряжения iio величине и не отличается по знаку. Такое соответствие имеет место в режиме выборки для любого напряжения входного сигнала (в пределах динамического диапазона входных сиг налов).

С разомкнутыми ключами 4, б и замкнутым 5 устройство охвачено вторым контуром отрицательной обратной срязи и находится в режиме хранения. Напряжение на

конденсаторе 10 выполняет роль входного сигнала.

Напряжение с выхода 18 усилителя 3 поступает на вход 19 усилителя 1 и устанавливается с высокой точностью, равным напряжению сигнала, присутствовавшему на

0 входе устройства в момент размыкания ключей 4, 6. Напряжение на выходе 14 усилителя 1 меняется при этом настолько, насколько необходимо напряжению на выходе 18 усилителя 3, мало отличающемуся от

J напряжения входного сигнала (в режиме выборки), стать равным этому напряжению (в режиме хранения). Отсюда видно, что переход устройства в режим хранения не сопровождается какими-либо заметными изменениями напряжений в устройстве. Ключ

4 остается под напряжением, близким к нулю, отсутствуют перепады, способные привести к изменениям напряжения на конденсаторе 10 при переходе устройства в режИм хранения. Точность устройства оказы- вается не ниже точности известного устройства.

Как в режиме выборки, так и в режиме хранения, предлагаемое устройство представляется в виде контуров, аналогичных (по количеству инерционных звеньев) контурам известного устройства. В связи с этим быстродействие предлагаемого устройства оказывается не Яиже быстродействия известного устройства.

Потенциал, присутствующий на входе 20 усилителя 1, равен нулю. Так как вход 19 усилителя 1 воспринимает потенциал входа 20, то и потенциал входа 19 будет близок к нулю. Этим обеспечивается возможность неискажающего введения в суммирующую точку весовых токов, а также возможность качественной коммутации этих токов. Введение весовых токов производится в режиме хранения. На выходе 18 усилителя 3 и, соответственно, выходе устройства вырабатывается напряжение, равное с высокой точностью разности напряжения входного сигнала (напряжение сигнала, присутствовавшего на входе устройства при разм.ыкании ключей 4, 6) и напряжения, равного

произведению весового тока на величину входного сопротивления усилителя 1 или на величину входного резистора. Другими словами, на выходе устройства образуется напряжение, равное произведению разности токов, тока от напряжения входного сигнала и весового, на величину входного сопротивления усилителя 1 или входного резистора. Устройство допускает, таким образом, вычитание сигналов, заданных в виде токов. Устраняется недостаток, прототипа.

Формула изобретения

Аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент, например конденсатор, одна обкладка которого соединена с щиной нулевого потенциала, первый усилитель, один из входов которого через первый и второй ключ соединен соответственно со входом устройства и первым выходом второго усилителя, охваченного по одному из входов обратной связью, и выходом устройства, другой вход первого усилителя соединен с шиной нулевого потенциала, и третий ключ, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет выполнения функции вычитания эталонного напряжения из входного напряжения, в него введен третий усилитель и два пассивных элемента, причем выход первого усилителя соединен через третий ключ с другой обкладкой конденсатора и входом третьего усилителя, выход которого через первый пассивный элемент соединен с одним из входов первого усилителя, непосредственно с другим входом второго усилителя, один из входов второго усилителя через второй пассивный элемент соединен с выходом первого усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Японии № 6956, кл.97(8) D 1, 1969.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 482815, кл. G 11 С 27/00, 1973 (прототип).