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

(54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОЮША10ЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых и аналого-цифровых вычислительных устройствах. Известно аналоговое запоминающее устройство, содержащее операционные усилители, ключи, запоминающие конденсаторы, в которых используется общая отрицательная обратная связь. Устройство обладает наибольшей точностью fl Однако динамические свойства данного устройства требуют улучшения. К существенному снижению быстродействия приводит применение резисторов в местных и общих обратных связях, которые совместно со входными и паразитными ем костями обуславливают появление дополнительных полюсов в амплитудно-частотных характеристиках. Это приводит к возрастанию переходных процессов и потере быстродействия. Наиболее б.чизким к предлагаемому технической сущности является аналогоиое запо гинаюшее устройство, которое содержит основной усилитель, неинвертирующий вход которого через первый ключ соединен со входом устройства, а выход - через второй ключ с накопительным элементом, например конденсатором памяти, подключенным одной обкладкой к инвертирующему входу основного усилителя, а другой - к шине нулевого потенциала, третий ключ, соединяющий неинвертирующий вход основного усилителя с выходом устройства и выходом дополнительного усилитепя, неинвертирующий вход которого подключен к инвepтиpyющe y входу основного усилителя, а выход - через резистор к его инвертирующему входу, подключенному также через резистор к выходу основного усилителя. Устройство работает в двух режимах. В режиме выборки замкнуты первый и второй ключи. Происходит заряд конденсатора до напряжения, соответствующего входному. При переходе в режим хранения первый и второй ключи размыкаются ч замыкается третий 38 Ключ. На выходе устройства воспроизводится постоянное напряжение, равное мгновенному значению входного в момент размыкания второго ключа. Устрой ство отличается высокой точностью. Это объясняется тем, что в нем влияние напряжений смещения нуля, синфазных ошибок, конечности коэффициентов усиления применяемых усилителей на точность существенно уменьшено. Второй ключ в режиме хранения находится под напряжением, близким к нулю, что увеличивает время хранения за счет уменьшения токов утечки скогаденсато ра памяти 2 . Однако динамические свойства данно го устройства требуют улучшения. Если в режиме выборки динамические свойств определяются основным усилителем, охв ченным через замкнутый второй ключ об ратной связью, то в режиме хранения общая обратная связь охватывает после довательно включенные основной и дополнительный усилители. Для уменьшеНИН переходного процесса на выходе устройства, а также для сохранения устойчивости необходимо, чтобы дополнительный усилитель, работающий в дан ном случае в качестве инвертора, ока зьшал минимальное влияние на частотные зависимости петлевого коэффициен та усиление. Это требование в первом приближении может быть представлено CJcpi tJrpi, где с.рг- частота среза по уровню 3 дБ дополнительного усилителя, охваченного Местной обратной связью; U/rpi- частота единичного усилени основного усилителя. Если рассматривать устройство как систему автомати ческого регулирования, то усиление этого неравенства означает практичес кое понижение порядка системы, повьш ние устойчивости работы в режиме хра ния и улучшения качества переходного процесса при переходе в этот режим. Указанное неравенство может быть выполнено либо путем уменьшения , либо увеличения cJcpi. Уменьшение d/rpi ухудшает динамические характеристики устройства в режиме выборки. Предпоч тительно увеличение частоты cJcpj. Одн ко частота cJcpj определяется не только частотными свойствами разомкнутого дополнительного усилителя, но и частотными свойствами местной обратной Iсвязи, охватывающей его. Применение резистора в цепи обратной связи дополнительного усилителя, который сов местно с входной и паразитной емкостью приводит к образованию полюса, снижает частоту и/ьрз- Это приводит к ухудшению динамических свойств устройства за счет увеличения переходного процесса при переходе в режим хранения, длительность которого является одной из характеристик быстродействия. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что в аналоговом запоминающем устройстве , содержащем накопительный элемент, например конденсатор, одна из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, первый усияитель, один из входов которого соединен с выходами первого и второго клю чей, вход первого ключа соединен со входом устройства, а вход второго ключа с выходом устройства, третий ключ, вход которого соединен с выходом первого усилителя, выход третьего ключа соединен с другой обкладкой конденсатора, второй усилитель, выход которого подключен к выходу устройства, первый вход второго усилителя соединен с другим входом первого усилителя, второй вход второго усилителя соединен с другой обкладкой конденсатора, третий вход второго усилителя соединен с выходом первого усилителя, четвертый вход второго усилителя подключен к выходу устройства. На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства. Устройство содержит усилители 1 и 2, ключи 3-5, накопительный элемент, например ко1зденсатор 6, и шину нулевого потенциала 7. Устройство работает в двух ре7 симах. В режиме выборки замкнуты ключи 3 и 5 и разомкнут ключ 4. Усилитель 1 охвачен через замкнутый ключ 5 отрицательной обратной связью и конденсатор памяти 6 заряжается до напряжения, близкого к входному. Усилитель 2, содержащий две пары Дифференциальных входов, предстайляет собой по конфигурации дифференциально-дифференциальный усилитель. На его первый вход поступает напряжение с конденсатора памяти 6. Поскольку падение напряжений на замкнутом ключе 5 мало, можно считать, что такое же напряжение поступает на третий вход усилителя 2, который усиливает разность напряжений на первом н третьем нходах, а также на втором и четвертом его входах. Так как разность напряжений -на первом и третьем входах близка к нулю, то при приблизительно равных коэффициентах усиления напряжений от входов к выходу разность напряжений на втором и четвертом входах также близка к нулю Первый и второй входы усилителя 2 соединены между собой. Следовательно, на выходе устройства присутствует напряжение, приблизительно равное на,пряжению на конденсаторе памяти 6. Усилитель 2 выполняет функции повтор1 теля. При переходе в режим хранения клю чи 3 и 5 размыкаются, а ключ 4 замыкается. Зафиксированное на конденсаторе памяти 6 напряжение поступает на первый вход усилителя 1 и первый и второй входы усилителя 2, Фиксация напряжений на первом и втором входах усилитешя 2 превращает его в инвертор для сигналов на третьем входе, тем самым-в устройстве в режиме хранения обеспечивается необходимый для устойчивой работы баланс фаз. На выходе устройства в режиме хранения ус танавливается постоянное напряжение, равное мгновенному значению входног напряжения в момент переключения устройства. Предлагаемое устройство по точности не уступает известному. Совершенно аналогично влияние напряжение смещения нуля, синфазных ошибок, конечности коэффициента усиления основного усилителя на, точность в нем существенно уменьшено. Второй усилитель так .же не вносит существенных погрешностей, так как в режиме хранения его ошибки, приведенные к выходу устройства, подавляются примерно в Ко раз, где Ко - коэффии 1ент усиления первого усилителя. Предлагаемое устройство отличается улучщенньми динамическими свойствами. Использование дифференциальнодифференциального усилителя позволяет отказаться от применения резисторов в цепи местной обратной связи второго усилителя.Это приводит к повышению част ты среза .второго усилителя,охваченног обратной связью,что означает повышение устойчивости устройства в режиме хранения и уменьшение переходного процесса на выходе при переходе в этот режим. Уменьшение переходного про.цесса позволяет сократить интервал 96 времени между моментом подачи команды на переход устройства в режим хранения и началом последукнцей обработки сигнала, присутствующего на выходе устройства (например началом аналогоцифров ого преобразования) . Таким об.разом, быстродействие аналогового запоминающего устройства повышается. Ошибки доцолнительного усилителя не влияют существенно на общую точность устройства. Этот факт также может использоваться для повышения частоты cJcpi. В частности, во входных каскадах второго усилителя могут применяться неподобранные высокочастотные полевые или МОП-транзисторы, работающие при увеличенных токах покоя. Коэффициенты усиления напряжений от входов к выходу дифференциально-дифференциального усилителя могут быть небольшими, что пoзвr ляet уменьшить число каскадов и повысить «рг . Формула изобретения Аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент, например, конденсатор, одна из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, первый усилитель, один из входов которого соединен с выходами первого и второго ключей, вход первого ключа соединен со входом устройства, а вход второго ключа - с выходом устройства, третий ключ, вход которого соединен с вькодом первого усилителя, выход третьего ключа соединен с другой обкладкой конденсатора, второй усилитель, выход которого под ключен к выходу устройства, первый вход второго усилителя соединен с другим входом первого усилителя, о т л ич ающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в нем второй вход второго усилителя соединен с другой обкладкой конденсатора, третий вход в-орого усилителя соединен с выходом первого усилителя, четвертьш вход второго усилителя подключен к выходу устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 586500, кл. q- 1 С 27/00, 1977. 2.Авторское свидетельство СССР № 482815, кл. Сг П С 27/00, 1975 (прототип) .

I

Ыi

гт

г

-о

5wx.

i