Запоминающее устройство Советский патент 1982 года по МПК G11C19/28 

1

Изобретение относится к запоминаю щим устройствам и может быть применено при построении тракта цифровой или. дискретно-аналоговой обработки видеосигнала в малокадровых телевизионных системах различного назначе ния, например, в промышленных телевизионных установках, предназначенных для измерения размеров деталей.

Известно запоминающее устройство с использованием полупроводниковых, приборов, которое применяется в тракте цифровой или дискретно-аналого- , вой обработки видеосигнала малокадровых телевизионных систем и содержит электрически управляемый переключатель трех сигналов на одно направление, прибор с зарядовой связью, снабженный цепями входа и выхода, сумматор, две схемы выборки значений сигнала и их хранения, инвертирующий усилитель, п-звенный трансверсальный фильтр, усилитель с электрически управляемым коэффициентом уси

ления, дифференциальный усилитель и электрически управляемый переключатель одного сигнала на три направления. При этом один из входов электрически управляемого переключателя трех сигналов на одно направление является выходом устройства, на другой вход подано нулевое напряжение, а на третий вход подано эталонное напряжение. Выход этого переключателя

to подключен ко входной цепи прибора с зарядовой свягзью, выходная цепь которого подключена к одному входу сумматора. Другой вход сумматора соединен с выходом инвертирующего усилите15ля, вход которого соединен с выходом первой схемы выборки значений сигнала и их значения. Выход сумматора соединен со входом п-звенного трансверсального фильтра, выход которого

20 .соединен со входом усилителя с .электрически управляемым коэффициентом усиления. Выход этого усилителя подключен к входу электрически управлявмого переключателя одного сигнала на три направления. Один выход этого переключателя является выходом устройства, другой выход соединен с входом первой схемы выборки значений сигнала и. их хранения, а выход соединен с входом второй схемы выборки значений сигнала и их хранения,Выход последней схемы подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, а на его неинвертирующий вход подано другое эталонное налряжение. При этом выход дифференциального усилителя соединен с входом управления усилителя с электрически управляемым коэффициентом усиления. В этом устройстве собственно заломи- , нающим устройством является прибор с зарядовой связью,а все остальные элементы служат для компенсации искажений, вносимых в видеосигнал этим прибором. 3 частности, п-звенный трансверсальный фильтр служит для коррекции неэффективности переноса заряда в приборе с зарядовой связью, инвертирующий усилитель, сумматор и первая схема выборки значений сигнала и их хранения предназначены для компенсации температурного дрейфа сигнала в приборе с зарядовой связью, а усилитель с электрически управляемым коэффициентЪм усиления, дифференциальный усилитель и вторая схема выборки значений сигнала и их хранения стабилизируют коэффициент переда чи сигнала в приборе с зарядовой связью 11. Основным недостатком этого цифрового запоминающего устройства являет ся недостаточная компенсация темпера турного дрейфа сигнала в приборе с зарядовой связью. Нужно отметить, что температурный дрейф сигнала в приборе с зарядовой связью, снабженного цепя ми входа и выхода, складывается из дрейфа сигнала во входной цепи, дрей фа сигнала в самом приборе с зарядовой связью и дрейфа сигнала в выходной, , из которых наиболее сущест венными составляющими являются первая и третья. В известном устройстве для компенсации дрейфа сигнала используе ся эталонное напряжение, периодически пропускаемое через прибор с зарядовой связью, которое затем сравнива ется с напряжением сигнала на выходе прибора с зарядовой связью, т.е. вь,|читается из напряжения сигнала е каж 9 4 дом элементе. Таким образом, фактически цепь компенсации температурного дрейфа сигнала охватывает только выходную цепь прибора с зарядовой связью, амплитудных характеристик входной цепи и самого прибора с зарядовой связью от температуры не учитывается схемой компенсации дрейфа. Как только вследствие изменения температуры эти характеристики изменяются настолько, что входное эталонное напряжение не попадает на линейный участок характеристик цепи входа и прибора с зарядовой связью, правильная работа устройства нарушается и появляются значительные искажения и дрейф сигнала. Другими недостатками устройства являются сложность и малая эффективность схемы регулирования коэффициента усиления, поскольку температурный дрейф коэффициента усиления прибора с зарядовой связью на несколько поряд-ков меньше температурного дрейфа постоянного смещения, что делает не целесообразным применение схемы регулирования усиления в случае,когда не учитываются все составляющие температурного дрейфа постоянного уровня. Известно также запоминающее устройство с использованием полупроводниковых приборов., которое содержит прибор с зарядовой связью, снабженный входной и выходной цепями и дифференциЗльный усилитель. При этом цепь входа сложная и содержит цепь входа и неразрушающую за&ядовый пакет считывающую цепь. Входной си(- нал подается на инвертирующий вход дифференциального усилителя, а его инвертирующий вход соединен с неразрушающей зарядовый пакет считывающей цепью, а выход дифференциального усилителя соединен с цепью входа. Выходом устройства Является выходная цепь прибора с зарядовой связью. Таким образом, входная цепь прибс а с зарядовой связью оказывается охваченной отрицательной обратной связью, снижающей температурный дрейф сигнала во входной цепи, а также уменьшающей искажения сигнала 2. Главным недостатком этого запоминающего устройства является недостаточная компенсация температурного дрейфа сигнала в приборе с зарядовой связью, поскольку цепью обратной 59 связи охвачена только входная цепь прибора с зарядовой связью,а температурный дрейф сигнала в самом прибо ре с зарядовой связью и в его выходной цепи не компенсируется. Другим недостатком этого устройст ва является узкая область применения так как такую схему можно применить только в приборах с зарядовой связью содержащих специальную сложную входную цепь с неразрушающей зарядовый пакет считывающей цепью. Нужно отметить, что даже комбинация двух рассмотренных аналогов не обеспечивает полную компенсацию температурного дрейфа сигнала в приборе с зарядовой связью, так как обе схемы коррекции, охватывая входную и вы ходную цепи, не охватывают самого прибора с зарядовой связью. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является запоминающее устройство, которое содер жит прибор с зарядовой связью, снабженный цепями входз и выхода и элект рически управляемый переключатель двух сигналов на одно направление, один вход которого является входом устройства, а на другой вход подано эталонное напряжение. Это запоминающее устройство содержит также две управляемые схемы фиксации и две схемы выборки значений сигнала и их хранения. При этом выход электрически управляемого переключателя двух сигналов на одно направление соединен со входной цепью прибора с зарядовой связью, выходная цепь которого соединена со входом первой управляемой схемы фиксации. Выход этой схемы соединен со входом первой схемы выборки значений сигнала и их хранения выход которой соединен со входом вто рой управляемой схемы фиксации, выход которой соединен со входом второй управляемой схемы фиксации, выход которой соединен со входом второй схемы выборки значений сигнала и их хранения. Выход этой схемы являет ся выходом устройства. В устройстве электрически управляемый переключатель двух сигналов на одни направление переключается импульсами, следую щими с частотой в два раза ниже частоты элементов, при этом на выход переключателя поочередно проходят уровни сигнала и эталонные уровни, Этот составной сигнал записывается. 96 в прибор с зарядовой связью, выполняющий функцию запоминающего устройства . С выхода прибора с зарядовой связью сигнал поступает на первую управляемую схему фиксации, затем на первую схему выборки значений си|- нала и их хранения. Эти две схемы выполняют операцию двойной корректированной выборки, благодаря которой снижаются шумы установки уровня тран- зистора сброса заряда в выходной цепи прибора с зарядовой связью, компенсируется температурный дрейф сигнала в выходной цепи, а также выделяется информационная составляющая сигнала из сложного выходного сигнала прибора с зарядовой связью. На эти две схемы подаются импульсы, следующие с частотой элементов. Далее обработан- ный сигнал поступает на вторую управляемую схему фиксации и вторую схему выборки значений сигнала и их хранения. При этом на эти две схемы подаются импульсы, следующие с частотой в два раза ниже частоты элементов, таким образом, что во время поступления напряжения элемента с эталонным уровнем управляемая схема фиксации находится во включенном состоянии (т.е. ключевой каскад, осуществляющий фиксацию, открыт) , а во времр поступления напряжения элемента с уровнем сигнала, управляемая схема фиксации находится в выключенном состоянии. При этом фактически осуществляется вычитание из уровня сигнала эталонного уровня, что снижает температурный дрейф выходного сигнала,поскольку разность между двумя уровнями сигнала в приборе с зарядовой связью, находящимися в пределах линейного участка сквозной амплитудной характеристики, зависит от температуры меньше, чем абсолютное значение уровня ЗЗОсновным недостатком этого запоминающего устройства является недостаточная компенсация температурного дрейфа сигнала в приборе с зарядовой связью, так как схема компенсации дрейфа охватывает только выходную цепь прибора с зарядовой связью. В случае изменения характеристик входной цепи и самого прибора с зарядовой связью от температуры или других воздействий (например, изменения напряжения тактового питания) присутствует ошибка температурной , 79 компенсации, а при выходе эталонного напряжения из линейного участка скпозной амплитудной характеристики прибора с зарядовой связью (за счет смещения этой характеристики от температуры) появляются значительные искажения и дрейф сигнала, что при водит к потере работоспособности. , Другим недостатком этого запоминающего устройства является снижение информационной емкости в два раза, так как в каждый второй элемент прибора с зарядовой связью записывается эталонный уровень. Цель изобретения - повышение томности устройства за счет компенсации дрейфа сигнала в приборе с зарядовой связью, а также снижение дрейфа си1- нала от различных дестабилизирующих факторов (например, изменений напряжений тактового питания, уход тактовой частоты, старение и т.п.). Поставленная цель достигается тем что в запоминающее устройство, содер жащее первый блок памяти, первый вход которого соединен с выходом фик сатора уровня, элемент задержки, выход которого подключен к первому входу фиксатора уровня, вторые входы первого блока памяти и фиксатора уровня соединены соответственно с первой и втброй шинами управления, первый ключ, первый вход которого соединен с третьей шиной управления, второй вход первого ключа соединен с шиной эталонного напряжения, а тре тий вход первого ключа является входом устройства, второй блок памяти, первый вход которого соединен с третьей шиной управления, введены сумматор, инвертирующий усилитель и второй ключ, первый выход которого является выходом устройства, вход второго ключа соединен с выходом пер вого блока памяти, второй выход второго ключа соединен со вторым вхо дом второго блока памяти, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, выход первого ключа соединен с одним из выходов сумматора, другой вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя, выход сумматора подключен к входу элемента задержки, второй вход второ го ключа соединен с третьей шиной управления. На фиг. 1 изображена функционапьмая схема устройства; на фиг. 2- временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит первый ключ 1-, сумматор 2, элемент 3 задержки (прибор с зарядовой связью), фиксатор k уровня, первый блок 5 памяти, второй ключ 6, . второй блок 7 памяти, инвертирующий усилитель 8, шины 9-11 управления, на которые подаются соответственно импульсы частоты элементов и импульсы частоты строк, и шину 12 эталонно|ГО напряжения. Сумматор 2 может быть выполнен на операционном усилителе. Ключи 1 и 6 могут быть выполнены на МОП-транзисторах, фиксатор k уровня может быть выполнен на повторителе напряжения; МОП-транзисторе и конденсаторе. Синхронизация работы всего устройства обеспечивается синхрогенератором (не показан), который вырабатывает также управляющие напряжения необходимые для работы прибора с зарядовой связью. Запоминающее устройство работает следующим образом. Входной сигнал поступает через электрически управляемый ключ 1 и на один из входов сумматора 2 в течение прямого хода по строке. Коммутация ключа 1 осуществляется путем подачи на него строчного гасящего импульса 12. Электрически управляемый ключ 6 работает синхронно с ключом 1 и на него также подается строчный гасящий импульс 16. При этом ключи 1 и 6 работают так, что во время прямого хода по строке входной сигнал поступает на один вход сумматора 2 через ключ 1, а сигнал с выхода блока 5 памяти поступает на выход устройства через ключ 6. Во время обратного хода по строке ключи 1 и 6 включены так, что эталонное напряжение поступает на один вход сумматора 2 через ключ 1, а выход блока 5 памяти подключен ко входу блока 7 па|мяти ключ 6. Во время прямого хода по строке входной сигнал через ключ 1 и сумматор 2 поступает на входную цепь прибора 3 с зарядовой связью, где задерживается на требуемое время (например, на время телевизионной строки). Задержанный выходной сигнал 12 с выходной цепи прибора 3 с зарядовой связью поступает на аход фикса9тора t уровня, на который поступают импульсы 13- Каждый элемент выходного сигнала прибора 3 с зарядовой связью состоит из трех участков. Время элемента t.электрического сигнала содержит отрезок , во время которого включен транзистор сброса заряда выходной цепи прибора 3 с зарядовой связью. Участок tn-tg соответствует собственному напряжению плавающей диффузионной области прибора 3 с зарядовой связью, когда на нее еще не поступил очередной зарядовый пакет. Участок trj-t-, соответствует времени поступления на диффузионную область зарядового пакета. Сигнальная составляющая напряжения выходной цепи содержится в разности напряжений Uij-Ufj, где и q, -. потенциал диффузионной области, принявшей зарядо вый пакет, а Urj - потенциал диффут зионной области при отсутствии зарядового пакета. Потенциал U соответ ствует отрицательному смещению диффу зионной области во время сброса заряда. Таким образом, фиксатор 4 осуществляет привязку сигнала во время когда диффузионная область еше не принимает заряд, т..е. фактически осу ществляет операцию вычитания С выхода фиксатора сигнал поступает на блок 5 памяти, на который поступают импульсы выборки. На выход этого блока получается сигнал 15 обработанный в виде площадок, напряжениескоторых соотвс-тствует разности . С выхода блока 5 памяти сигнал через ключ 6 поступает на выход устройства, во время обратного хода по строке на первый вход сумматора 2 поступает эталонное напряжение. В это время на выходе прибора 3 с заря довой связью присутствует эталонное напряжение, которое записано в прибор во время предыдущего обратного хода. К этому напряжению может добавиться некоторое напряжение ошибки за счет влияния температуры и других внешних воздействий. Задержанное в приборе 3 с зарядовой связью эталонное напряжение поступает через ключ 6 на блок 7 памяти, на который посту пают импульсы 17 выборки. Во время этих импульсов эталонное напряжение поступившее на вход блика 7 памяти запоминается и хранится все время до прихода следующего импульса. Напряжение на выходе блока 7 приведе19Оно на фиг..З, где iUj- дрейф эталонного напряжения. С выхода блока 7 выходное эталонное напряжение поступает на инвертирующий усилитель 8, усиливающий напряжение. При этом коэффициент передачи со входа сумматора 2 на выход инвертирующего усилителя 8 при разомкнутой цепи обратной связи должен быть равен или несколько меньше единицы для обеспечения устойчивости работы устройства, охваченного цепью обратной связи. Проинвертированное эталонное напряжение поступает с выхода усилителя 8 на другой вход сумматора 2, замыкая тем самым цепь дискретной отрицательной обратной связи. Если за счет изменения температуры эталонное напряжение, снимаемое с выходной цепи прибора 3 с зарядовой связью изменяется, то компенсирующее напряжение с противоположным знаком поступает на вход сумматора 2 и компенсирует дрейф напряжения. Это компенсирующее напряжение запоминается на блоке 7 памяти и компенсирует дрейф за все время прохождения сигнала через прибор 3 с зарядовой связью во время прямого хода по строке. Во время следующего импульса 17 компенсирующее напряжение обновляется, учитывая дрейф, произошедший за время очередной строки и так далее. Выходной сигнал устройства приведен на фиг. 3 где интервал времени t.-tj соответствует времени обновления компенсирующего напряжения. Нужно отметить, что за счет задержки в цепи обратной связи схема компенсации дрейфа реагирует только на те возмущающие действия, длительность которых превышает время телевизионной строки, однако такие факторы, как изменение температуры или изменение питающих тактовых напряжений, уход частоты тактового генератора - инерционны, например, скорость изменения температуры в реальных условиях не превышает 1°/с, поэтому период обновления компенсирующего напряжения можно выбрать и более длительным, например, один раз за кадр или за несколько телевизионных кадров. На фиг. лриведено семейство сквозных агшлитудных характеристик прибора 3 с зарядовой связью в зависимости от температуры. При этом кривая 20 соответствует характеристике при некоторой средней температуре. Кривая 21 соответствует изменению ха119рактеристики при изменении температу ры только за счет нестабильности выходной цепи прибора с зарядовой связью. В этом случае характеристика смещается параллельно самой себе в вертикальном направлении. Кривая 22 соответствует изменению характеристики только за счет нестабильности входной цепи прибора с зарядовой свя.зью. При этом характерйстика смещается параллельно самой себе в горизонтальном направлении.Устройство, построенное в соответствии с известными схемами компенсирует только вертикальное смещение характе- 15 ристики, а в случае смещения характе ристики влево или вправо за счет температурной нестабильности входной цепи частичная компенсация дрейфа сигнала осуществляется до тех пор, . пока эталонное напряжение и -находит ся в пределах линейного участка характеристики. Реально дрейф входной характеристики типичных входных цепей приборов с зарядовой связью соот ветствует величинам 10-50 , что означает, что при изменении окружающей температуры на t10-i50°C эталонное напряжение выйдет за пределы линейного участка характеристики и устрой ство потеряет работоспособность. Предлагаемое устройство с использованием полупроводниковых приборов учитывает и вертикальное смещение ха рактеристики (за счет использования фиксатора k и блока 5 памяти) и гори зонтальное смещение {,33 счет цепи об ратной свя-зи и выдачи на сумматор 2 сигнала компенсации Ug (фигД) так что входной сигнал, подаваемый на входную цепь прибора 3 с зарядовой связью всегда отслеживает за горизон тальным смещением характеристики и н - выходит за пределы ее линейного участка. , Применение предлагаемого запомина ющего устройства с использованием по лупроводниковых приборов в тракте цифровой или дискретно-аналоговой ббработки видеосигнала в телевизионных системах различного назначения позволяет снизить температурный дрейф дискретно-аналогового сигнала, что повышает точность выполнения операций обработки сигнала, в частности уменьшает погрешность измерения в промышленных телевизионных установках, предназначенных для измерения размеров деталей. Нужно 9 отметить, что запоминающее устройство - один из самых температурно-нестабильных узлов таких телевизионных систем, и повышение качества работы самогр нестабильного узла приводит к повышению стабильности работы системы в целом. При этом может быть существенно расширен диапазон рабочих температур, особенно в области минусовых температур, вплоть до ЦО-50 К. Расширение диапазона рабочих температур в плюсовую область не столь эффективно, так как этому препятствует рост темнового тока приборов с зарядовой связью при повышении температуры. Применение предлагаемого устройства обеспечивает также повышение стабильности систем по отношению к долговременным воздействиям, таким как изменение напряжений тактового питания, уход тактовой частоты, старение и т.п. Применение предлагаемого устройства обеспечивает минимальный дрейф выходного напряжения от температуры, так как цепью компенсации дрейфа охвачены все узлы прибора с зарядовой связью. Формула изобретения Запоминающее устройство, содержащее первый блок памяти, первый вход которого соединен с выходом фиксатора уровня, элемент задержки, выход которого подключен к первому входу фиксатора уровня, вторые входы первого блока памяти и фиксатора уровня соединены соответственно с первой и второй шинами управления, первый ключ, Первый вход которого соединен с третьей шиной управления, второй вход первого ключа соединен с шиной эталонного напряжения,, а третий вход первого ключа является входом устройства, второй блок памяти, первый вход которого соединен с третьей шиной управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены сумматор, инвертирующий усилитель и второй ключ, первый вы- ход которого является выходом устройства., вход второго ключа соединен с выходом первого блока памяти, второй выход второго ключа соединен со вторым входом второго блока памяти.

1392671

выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, выход первого ключа соединен с одним из входов сумматора, другой вход которого соединен с выходом инвертирующего усили- s теля, выход сумматора подключен к входу элемента задержки, второй вход второго ключа соединен с третьей ши.ной управления.

911

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США If 4Й3285, кл, 307-221 D, опублик. 1976.

2.Патент Великобритании (Р 1518131, кл. Н 01 L 29-78, опублик. 1975.

3.Патент США If 035629,

кл. 235-193, опублик. 1975 (прототип).

вход

dmonoffHoe ffoffjfMJKefftff

It

t/ft/fffbCV

vacff7orrn t c/rrpot(

A/a

7qf о bff

rr sr ™

жлглиоти/ ллг/гг/юяи/

-p

фуг. / t/ majrM f

.

I 1

IS

П

t r o.

rs

I.

ЫХ.

гг

/

/