Аналоговое запоминающее устройство Советский патент 1981 года по МПК G11C27/00 

(54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к средствам связи и может быть использовано, например, при построении аналого-цифровых преобразователей контрольноизмерительных, телевизионных и других систем для осуществления временной дискретизации электрических сигналов.

Известны устройства выборки и хранения мгновенных значений высокочастотного сигнала, например телевизионного, выполняемые по разомкнутой схеме с применением запоминающего конденсатора 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.

Известно устройство, содержащее входной усилитель, с выхода которого сигнал подан на вход мостового диодного ключа, соединенного выходом с одной из обкладок запоминающего конденсатора и со входом усилителя-по вторителя напряжения. Коммутация

ключа осуществляется одновременнь1М изменением направления тока в каждой из двух ветвеП, подходящей к соответствующей точке коммутации мостового диодного ключа от формирователя импульсов коммутирующего тока. Каждая точка коммутации мостового диодного ключа соединена анодом первого и катодом второго диодов,

0 полярность подключения которых в точке коммутации противоположна полярности диодов мостового диодного клю;Ча. На другие электроды первого и второго диодов относительно шины ну5левого потенциала поданы соответственно положительный и отрицательный постоянные запирающие потенциалы, разность между которыми превышает динамический диапазон напряжений вход0ного сигнала. В режиме выборки коммутирующие токи имеют направление, отпирающее для диодов мостового диодного ключа. Этим обеспечивается его отпирание, необходимое для заря5да запоминакицего конденсатора до мгновенного значения напряжения входного сигнала. Первый и второй ответвленные диоды при этом закрыты запирающими потенциалами. В режиме хра0

нения коммутирующие точки изменяют свое направление на запирающее для диодов мостового диодного ключа.Диоды открываются, и между точками коммутации мостового диодного ключа устанавливается запирающий перепад напряжения; Величина перепада определя ется постоянными запирающими потенци .алами,поданными к электродам ответнительных диодов 1. Недостатками этого устройства яв(ляются низкие точность и быстродействие, обусловленные тем, что на соответствующие электроды 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 минимальным в середине диапазона напряжений входного ригнала и максимальным по его краям, так как в зависимости от напряжения входного сигнала запирающий перепад на диодах мостового диодного ключа изменяется от минимального (обычно 0,5-1,08) 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. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является аналоговое запоминающее устройство, содержащее входной усилитель, представляющий собой линейный импульсный усилитель напряжения, с выхода которого сигнал подан на вход мостового диодного ключа. Мостовой диодный ключ соединен с одной из обкладок за поминающего конденсатора и со входом выходного усилителя-повторителя напряжения, представляющего собой импульсный повторитель напряжения. В точки коммутации мостового диодного ключа поданы противофазные двухполярные импульсы с выходов формирования импульсов коммутирующего тока, на вход которого поданы импульсы дискретизирующего напряжения, опреде ляющие состояние устройства (выборка-хранение). Формирователь коммути рующего тока представляет собой быс тродействующий переключатель двухполярного тока. Общие катоды диодов мостового диодного ключа в одной из точек коммутации соединены с анодом первого диода. Общие аноды диодов мостового диодного ключа в другой его точке коммутации соединены с ка тодом второго диода. Катод первого диода соединен с анодом второго диода и с выходом выходного усилителяповторителя напряжения, а входной усилитель снабжен ограничителем тока. Соединение катода первого диода с анодом второго диода и с выходом выходного усилителя-повторителя напряжения позволяет ограничить запирающий перепад напряжения между точками коммутации мостового диодного ключа прямым падением напряжения на двух диодах 2 . Недостатками данного устройства являются низкие быстродействие и точность выборки и хранения при больших, скоростях изменения входного сигнала, а также сложность устройства. Эти недостатки обусловлены наличием во входном усилителе-повторителе напряжения схемы ограничения тока. Если за время хранения входной сигнал получит приращение более, чем на 0,5 В в положительном или отрицательном направлениях, то один из диодов мостового диодного ключа (в зависимости от знака приращения), соединенного с выходом входного усилителя, будет открыт и через открытый диод и ответвительный диод на выход выходного усилителяповторителя напряжения потечет разностный ток, т.е. выходы обоих усилителей окажутся соединенными через малые сопротивления открытых диодов. Такой режим работы устройства является нежелательным, поскольку во входном усилителе-повторителе напряжения возникает нелинейный режим работы, обусловленный схемой ограничения выходного тока входного усилителя-повторителя напряжения. Схема ограничения выходного тока снижает быстродействие и точность устройства, поскольку реальный усилитель имеет ограниченное быстродействие и не может мгновенно перейти от нелинейного режима работы к линейному. Время переходного процесса от.нелинейного режима работы к линейному должно быть существенно меньше времени выборки сигнала,что трудно выполнимо и требует применения сложных усилителя и ограничителя тока. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее входной усилитель, накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладок которого подключена к тине нулевого потенциала, мостовой диодный ключ, к первой диагонали которого подсоединены выход входного усилителя и другая обкладка конденсатора, соединенная со входом выходного усилителя, выход которого подключен к первому и второму элементам с нелинейной характеристикой, например к катоду

первого диода и к аноду второго диода, формирователь импульсов, первый и второй выходы которого подсоединены ко второй диагонали мостового диодного ключа, введены третий и четвертый элементы с нелинейной харак.теристикой, например диоды, анод третьего из которых соединен с-анодом первого диода и третьим выходом формирователя импульсов, катод четвертого диода подключен к катоду второго диода и к четвертому выходу формирователя импульсов, катод третьего и анод четвертого диодов подсоединены ко. второй диагонали мостового диодного ключа, а также тем, что формирователь импульсов содержит элемент ИЛИ-НЕ, два переключателя тока, первый из которых выполнен на дифференциальной паре р-п-р-транзисторов, эмиттеры р-п-р-транзисторов соединены с источником тока положительной полярности, базы р-п-р-транзисторов подсоединены через первый и второй стабилитроны к выходам элемента КЛИ-НЕ соответственно, а через первый и второй резисторы - к положительной шине питания, коллекторы р-п-р-транзисторов подключены к третьему и первому выходам формирователя импульсов, второй переключатель тока, выполненный на дифференциальной паре п-р-п-транзисторов, эмиттеры которых соединены с источником тока отрицательной полярности, базы п-р-п-транзисторов подключены соответственно через третий и четвертый стабилитроны к выходам элемента ИЛИНЕ, а через третий и четвертый резисторы - к отрицательной шине питания коллекторы п-р-п- транзисторов -соединены с четвертым и вторым выходами формирователя импульсов.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - электрическая схема формирователя импульсов.

Устройство содержит входной усилитель 1, например широкополосный усилитель с большой скоростью изменения сигнала на выходе, мосторой диодный ключ 2, накопительный элемен например конденсатор 3, выходной усилитель 4, выполненный, например, по схеме сложного эмиттерного повторителя напряжения с полевым МДП-транзистором на входе, элементы 5-8 с нелинейной характеристикой, например диоды, формирователь 9 импульсов, содержащий логический элемент ЙЛИгНЕ 10 с прямым и инверсным выходом, два переключателя тока на дифференциальных парах транзисторов р-п-р- и п-р-п-проводимостей 11,12 и 13,14 соответственно, источник 15 тока положительной полярности, выполненный, например на операциоинс усили|Теле, резисторе и транзисторе р-п-р проводимости, источник 16 тока отрицательной полярности, выполненный, например, на операционном усилителе, резисторе и транзисторе п-р-п-проводимости, четыре стабилитрона 17,18, 19 и 20, четыре резистора 21,22,23 и 24.

Формирователь 9 импульсов работает следующим образом.

Если на вход логического элемента ИЛИ-НЕ 10 подать тактовый импульс положительной полярности длительность

10 которого равна длительности выборки сигнала, то с прямого выхода логического элемента ИЛИ-НЕ 10, через стабилитроны 18 и 19, импульс поступит на базы транзисторов 12 и 13, с инверс15ного выхода логического элемента 10, через стабилитроны 17 и 20, импульс поступает на базы транзисторов 11 и 14. При этом транзисторы 12 и 14 будут открыты, а транзисторы 11 и 13

20 будут заперты, и ток от источников 15 и 16 тока будет подключен к выходам формирователя (коллекторы транзисторов 12 и 14 соответственно). После прекравдения тактового импульса (режим хранения) переключатели тока

25 изменят состояние, открытыми будут транзисторы переключателей 11 и 13 тока, а запертыми будут транзисторы 12 и 14, и ток от источников тока будет подключен к выходам формирова0теля импульсов (коллекторы транзисторов 11 и 13 соответственно).

Устройство работает следующим образом.

Дискретизируемый сигнал подается

5 на вход входного усилителя 1. Тактовые импульсы поступают на вход формирователя 9 импульсов . В режиме выборки импульсы с выходов формирователя 9 импульсов открывают ключ 2, и

0 напряжение на конденсаторе 3 будет равно напряжению на выходе входного усилителя 1. Поскольку напряжение на выходе выходного усилителя 4 равно напряжению на конденсаторе 3, то в линейном режиме выборки диоды 5 и 6

5 и диоды 7 и 8 заперты и на работу мостового диодного ключа влияния не оказывают.

В режиме хранения импульсы с выходов формирователя 9 импульсов пройдут

0 через диоды 5 и 6. Через диоды 7 и 8 запирающее н.апряжение будет приложено к диодам мостового диодного ключа 2. Поскольку диоды 5 и 6 соединены с выходом выходного усилителя 4, то

5 производится отслеживание запирающего напряжения, приложенного к диодсМ мостового диодного ключа 2, за напряжением на конденсаторе 3. Если в режиме хранения мгновенного значения напряжения входной сигнал изменится

0 на величину, превышающую напряжение отпирания диодов мостового диодного ключа 2, то диоды 7 и 8 окажутся в запертом состоянии, и входной усилитель 1 не будет нагружаться, что

5

исключает необходимость применения выходного ограничителя тока во входном усилителе 1. Введение в схему устройства дополнительных диодов 7 и 8 позволяет повысить точность и быстродействие при дискретизации быстроизменяющихся сигналов, поскольку входной усилитель 1 всегда работает в линейном режиме и исключен режим перегрузки как входного усилителя 1, так и выходного усилителя 4.

Использование предлагаемого устройства при построении аналого-цифровых преобразователей телевизионных систем подводного телевидения позволяет с большей точностью осуществить в реальном масштабе времени автоматический анализ и обнаружение быстроменяющихся малоконтрйстных изображений за счет повышения точности и быстродействия устройства выборки и хранения мгновенных значений электрического сигнала, появляется возможность повышения разрядности и быстродействия аналого-цифровых преобразователей, что является необходимым для повышения вероятности обнаружения малоконтрастных изображений.

На промышленном производстве устройства не требуется вести подбор элементов по статическим и динамическим характеристикам.

Формула изобретения

Аналоговое запоминающее устройство, содержащее входной усилитель, накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладок которого подключена к шине нулевого потенциала, мостовой диодный ключ, к первой диагонали которого подсоединены выход входного усилителя и другая обкладка конденсатора, соединенная со входом выходного усилителя, выход которого подключен к первому и второму элементам с нелинейной характеристикой, например к катоду первого диода и к аноду второго диода, формирователь импульсов, первый и второй выходы которого подсоединены ко

второй диагонали мостового диодного ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, в него введены третий и четвертый элементы с с нелинейной характеристикой, например диоды, анод третьего из которых соединен с анодом первого диода и третьим выходом формирователя импульсов , катод четвертого диода подQ ключен к катоду второго диода и к четвертому выходу формирователя импульсов, катод третьего и анод четвертого диодов подсоединены ко второй диагонали мостового диодного . ключа.

5 2. Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, что формирователь импульсов содержит элемент ИЛИ-НЕ, два переключателя тока, первый из которых выполнен на д.ифферен0 циальной паре р-п-р-транзисторов,

эмиттеры р-п-р-транзисторов соединены с источником тока положительной полярности, базы р-п-р-транзисторов подсоединены через первый и второй

5 стабилитроны к выходам элемента ИЛИНБ соответственно, а через первый и второй резисторы - к положительной шине питания, коллекторы р-п-р-транзисторов подключены к третьему и первому выходам формирователя импульсов, второй переключатель тока, выполненный на дифференциальной паре п-р-птранзисторов, эмиттеры которых соединены с источником тока отрицательной полярности, базы п-р-п-транзисторов подключены соответственно через третий и четвертый стабилитроны к выходам элемента ИЛИ-НЕ, а через третий и четвертый резисторы - к отрицательной шине питания, коллекторы п-р-п0 -транзисторов соединены с четвертым и вторым выходами формирователя .импульсов .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

с l.MEEE. Trans.on commun,1974 , Vol.COM-22, №7, p.986-994,fig.,6. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2530543, кл.С 11 С 27/00, 1978 (прототип). 8 frfflt/fflfavomt/iff . fnOftot ,