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

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно, к аналоговым запоминающим устройствам и может быть использовано к качестве устройства долговременного хранения исходных данных в вычислительных маш нах, а также в следящих системах и за дающих устройствах регуляторов и блоках импульсного интегрирования на боль шие постоянные времени интегрировйния Известны аналоговые запоминающие устройства и аналоговые схемы запоминания с компенсацией дрейфа, содержащие интегратор, переключатель для задания режима работы интегратора и средством для стабилизации выходного напряжения интегратора, блок коррекцйи11, |-3. Блок коррекции включается в цепь обратной связи интегратора и вырабатывает импульсы коррейции, предназначенные для компенсации дрейфа выходно напряжения интегратора, вызываемого такими дестабилизирующими факторами как утечка конденсатора обратной связи, собственный дрейф (временной и температурный) операционного усилителя и т. п. Недостатками подобных устройств являются сложность выполнения схемы блока коррекции, включающей в себя наряду с аналоговыми элементами элементы дискретной техники, как например, триггера, а также то обстоятельство, что выходное напряжение интегратора совершает небольшие колебания относительно фиксированных значений, что снижает точность запоминания. Известно также устройство, содержащее интегратор, t вход которого соединен с выходом переключателя, блок коррекции, состоящий из последовательно соединенных генератора низкой частоты,. узла синхронизации и генератора высокой частоты . Недостатки устройства - малая точность запоминания выходного напряже- |ния интегратора и пониженная надежlocfb, обусловленная плохой помехоусгойчивостью. Недостаточная точность запоминания вызвана выполнением выходных узлов блока коррекции. Так в выходной цепи блока коррекции применена цепочка из двух (или четырех), параллельно и встречно включенных диодов, в результате создается порог по напряжению («100 мВ определяемый параметрами диодов. Им- йульсь коррекции, амплитуда которых этого порога, не прохойят навход интегратора и процесс компенсации дрейфа выходного напряжения интегратора прекращается, т. е. образуёт ся йбйа йёчувствительности, что снижает точность запоминания. Причем из-за температурной нестабильности параметров диодов - -yg§jjgi|gggefей температурная погрешность устройства. Далее, выходная характеристика блока коррекции (т. е. зависимость амплитуды и полярности импульсов коррекции от откпоненйя выходного напряжения интегратора от устойчивого фиксирЬвйнноГо; значения) не является мягкой и симметричнрй относитёльйо устойчивой точки, где импульсы коррекции равны нулю, а са мй импульсы коррекции имеют различную форму и выбросы. сильной связи через Диоды выхода транзисторного ключа со входом операционного усилителя интеграто ра схема возбуждается, что также/приводи к понижению точности запоминания. Кроме этого, из-за плохой помехоустойчивости {особенно в области высокочастотных помех и шумов) известное устройство предъявляет повышенное требование к кратковременной стабильности компонентов схемы. Цель изобретения - повышение точнос ти запоминания устройства и его помехо устойчивости. Для достижения указанной цели в бло коррекции введен накопительный элемент йа1рйМёр; конденсатор, ключ, ограййчите ли зарядного и разрядного тока, причем второй выход генератора низкой частоты соединен с управляющим входом ключа, выход генератора высокой частоты через ограничитель зарядного тока соединен.с первым входом ключа, второй BXOJDI которого соединен Яереа ограничитель разря ного тока и переключатель со входом ус ройЬтва, а конденсатор вкйШШййи меж выходом ключа и шиной Нулеврт о потен- йиала, ийн между первым и вторым в ход ми ключа, при этом выход ключа соединен с шиной нулевого потенциала. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства с включением конденсатора между выходом ключа и шиной ну-левого потенциала, на фиг. 2 - то же, с включением конденсатора между первым- и вторым входами ключа. - v Устройство содержит интегратор 1, блок 2 коррекции, переключатель 3, выход 4 блока 2 коррекции соединен с одним контактом переключателя 3, вход устройства 5 соединен с другим кортактом переключателя- 3, перекидной контакт переключателя 3 соединен со входом интегратора 1. Выход интегратора Iявляется выходом 6 устройства и од- повременно входом 7 блока 2 коррекции. Блок 2 коррекции состоит из генератора 8 низкой частоты, с первым 9 и вторым 1О выходами, узла 11 синхронизации, генератора 12 высокой частоть, ограничителя 13. зарядного тока например, резистора, накопительного элемента 14, например, конденсатора, ограничителя 15 разрядного тока, например, резистора,, управляемого ключа 16, с управляющим входом 17, первым 18 и вторым 19 входами и выходом 20. Принцип действия устройства, заключается в следующем. Выходное напряжение интегратора 1 поступает на вход генератора 8 низкой частоты, который обеспечивает на своем выходе 10 периодический сигнал в виде импульсов, у которых временной интервал зависит от выходного напряжения. Это осуществляется сравнением пилообразного напряжения, вырабатываемого генератором 8 с выходным напряжением. Момент сравнения определяет конец этого временного интервала и, по временной шкале, соответствует какому-то определенному значению выходного напряжения. При этом размах пилообразного напряжения выбирается исходя из рабочего диапазона значений выходного напряжения на выходе устройства, а начало пилообразного напряжения фиксируется по напряжению. Синхронно с пилообразным напряжением с выхода 9 генератора 8 через узел II синхронизации запускается генератор 12 высокой частоты, котюрый вырабатывает серию цвухполярных прямоугольных импульсов, частот.а которых много выше частоты генератора 8. При этом, очевидно, что по временной шкале каждый ия периодов этой серии импульсов соответс вует определенному участку пилообразного напряжения. Отсюда также можно пре ставить, что весь диапазон значений выходного, напряжения с помощью импульсо генератора 12 высокой частоты как бы разбивается на дискретные участки, и чем выше отношение частот генерато, ров 8, 12, тем этих участков больше. Отметим .также, что момент сравнения периодически всегда приходится на один из этих участков, тем самым как бы вы деляя соответствующий период импульсов генератора 12 высокой частоты. До момента времени сравнения ключ 16 находится в положении указанном на фиг. 1, и замыкает на шину нулевого потенциала одну из обкладок конденсатора 14. Двухполярные импульсы генератора 12 заряжают конденсатор 14 через ограничитель 13 и форма напряжения на другой обкладке конденсатора 14 соответствует напряжению на конденсаторе. В момент сравнения ключ 16 срабатывает и замыкает на шину нулевого потенциала уже другую обкладку конденсатора 14. В этом случае конденсатор 14 разряжается через ограничитель 15 разрядного тока на вход интегратора 1, образу импульс коррекции, причем амплитуда им пульса определяется величиной напряжения, до которого зарядился конденсатор 14 в момент времени сравнения выходно го сигна.ла, а знакизменяется на претивополож1 ый. Импульсы коррекции с ограничителя 15 поступают на вход интегратора 1 различной полярности и амплитуды, интегрируются им, в результате чего выходное напряжение интегратора 1 поддерживается на фиксированном уров не неопределенное время, несмотря на воздействие на интегратор 1 возмущающих факторов (таких как дрейф усилителя и утечка конденсатора самого интегратора). Рассмотрим более подробно процесс стабилизации выходного напряжения интегратора 1. Пусть в какой-то момент времени выходное напряжение на выходе интегратора 1 таково, что генератор 8 вырабатывает импульсы с определенным интервалом времени. Тогда на вход интег ратора 1 поступают импульсы коррекции, например, с ограничителя 15 отрицательной полярности. Эти импульсы, проинтегрированные интеграторо:м 1, будут повышать величину выходного напряжения ин- тегратора 1, что в свою очередь увеличит интервал времени. Это будет продолжаться до тех пор, пока интервал времени у импульсов генератора 8 не станет рав)1ым интервалу времени, в котором импульс коррекции равен нулю и который соответствует заряду конденсатора 14. Импульсы коррекции прекратятся, поскольку напряжение на конденсаторе 14 равно нулю, а выходное напряжение интегратора 1 примет какое-то фиксированное значение. Если в силу как.ихтЬ причин (дрейфа или утечки) выходное напряжение интегратора 1 станет больше этого фиксированного значения, тогда генератор 8 вырабатывает импульсы с интервалом времени. В этом случае на вход интегратора 1 будут поступать импульсы коррекции положи тельной полярности. Это в свою очередь будет уменьшать выходное напряжение интегратора 1 и соответственно уменьшать интервал времени интегратора. Процесс компенсации будет продолжаться до тех пор, пока выходное- напряжение интегратора 1 не достигнет фиксированного значения. Поэтому все временные интервалы, вырабатываемые генератор м 8 и расположенные в интервале времени, равному периоду колебаний генератора 12, всегда фиксируются 6 интервал времени, в котором импульс коррекции равен нулю. Очевидно, что и другие фиксированные точки расположены по временной шкале в обе стороны от интервала времени на расстоянии, кратном периоду импульсов генератора 12. А это в свою очередь соответствует тому, что диапазон выходного напряжения интегратора 1 разбивается на ряд фиксированных значений. Причем число этих фиксированных значений определяется соотношением частот генераторов 8 и 12. Другой вариант подключения конденсатора 14 (см. фиг. 2) не меняет принципа вьфаботки импульсов коррекции, но поскольку знак заряда конденсатора 14 при переключении ключа 16 не меняется, то в этом случае фиксированное значение будет другое. Процесс стабилизации выходного напряжения интегратора 1 вокруг любого фиксированного значения осуществляется точно и плавно. Любое возмущение вызваное дестабилизирутощими факторами, отра- атывается полностью интегратором 1 с постоянной времени, определяемой величинами ограйичителя 15 и конденсатора интегратора 1 (т. е: полностью отсутст. вУ®,статическая ошибка отработки), от|, пульсаций выходного напряжения по сравнению со известных устройств. ----«--- -.-.--.,---, Импульсы коррекции вырабатываются симметрично относительно фиксированного значения (для фиг. 1), причем их амплитуда увеличивается линейно с удалением от этого значения. Использование резисторно-емкостного филЬтрЙ при фбр-мирбвании импульсов коррекции (заряд-разряд конденсатора 14) существенным образом увеличило прмехоустойчн области высоких частот и особенно шумов. Все это позволяет получить в предлагаемом устройстве новый качественный эффект, выражающийся в увеличений точности запоминания устройства наряду с повышением помехоустойчивости, По предложенной схеме разработки к изготовлены опытные образцыеЙпойинающих устройств, выполненных на больших гибридных интегральных микросхемах частотного применения. пытные образцы приняты междуведом ственной комиссией и рекомендованы Д11я серийного производства. Формула изобретения Анешоговое запоминающее устройство, содержащее интегратор, вход которого 7 8 соединен с выходом переключателя, блок коррекции, состоящий из последовательно соединенных генератора низкой частоты, узла синхронизации и генератора высокой частоты, о т л ичающееся тем, чть; с целью повышения точности и помехоустойчивости устройства, в нем в блок коррекции ьведен накопительный элемент, например, конденсатор, ключ, ограничители зарядного и разрядного тока, причем второй выход генератора низкой частоты соединен с управляющим входом ключа, выход генератора высокой частоты через ограничитель зарядного тока соединен с первым входом ключа, второй вход которого соединен через ограничитель разрядного тока и переключатель со входом устройства, а Конденсатор включен или между выходом ключа и шиной нулевого потенциала или между первым и вторым входами ключа, при этом выход ключа соединен с шиной нулевого потенциала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 473218, кл. G 11 с 27/ОО. 2.Патент США № 3783393 л. 328-127, 1974. 3.Патент США №3784919, кп. 328-12t, 1974. . 4.Патент Великобритании № 1274191, кл. q 3 R, 17.05.1972 (прототип).