Аналоговое запоминающее устройство Советский патент 1982 года по МПК G11C27/00 

(S) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВС

1

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для запоминания мгновенных значений напряжений и может быть использовано в аналоговых и аналого-цифровых вычислительных устройствах.

Известны аналоговые запоминающие устройства, представляющие собой в режиме выборки разомкнутые структуры и обеспечивающие коррекцию некото-. рых составляющих погрешности J.

Недостатком устройства является его низкая точность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является аналоговое запоминающее устройство, которое содержит повторитель напряжения , вход которого соединен с выходом первого и входом второго ключей, причем вход первого ключа является входом устройства, а выход второго ключа - выходом устройства и соединен с выходом усилителяJ неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а инвертирующий вход - с одной обкладкой конденсатора и через третий ключ - с вы, ходом, усилителя, выход повторителя напряжения соединен с другой обкладкой конденсатора. Погрешности, вызванные напряжениями смещения нуля усилителя и повторителя напряжения,

fo в этом устройстве подавляются 2.

Однако известное устройство обладает недостаточной точностью, поскольку в режиме хранения конденсатор разряжается входным током усилителя и током утечки через закрытый третий ключ, к которому приложено напряжение, равное входному напряжению в момент перехода устройства из режима выборки в режим хранения.

20 Ограничивает точность известного устройства также большая динамическая погрешность, вызванная тем, что напряжение, до которого заряжается ко денсатор памяти, зависит от частоты входного сигнала. Если предположить, что повторитель напряжения не вносит статических погрешностей и имеет весь ма широкую полосу пропускания, то напряжение на конденсаторе равно И f,.,)- ,. ( .. ивк(ш) (.) jW-C ву(}- fj-q,tr где К,,({1)1 - коэффициент передачи повторителя; С - постоянная времени заук.- . . ряда конденсатора емкостью С. Сопротивление- 9,0 можно представить в виде суммы выходного сопротивления повторителя напряжения и сопротивления замкнутого ключа, причем определяющим является сопротивление ключа, которое для ключей на полевых транзисторах составляет величину по-/ ,рядка 100 Ом. При этом динамическая погрещность равна - ч Цс(ц. Jcyg ,.. - о„(и;Г ii.ja;r . Пусть Са 500 пФ, RgK i 100 Ом. Тогда Г WO 50-10- с и согласно формуле (2) амплитудная погрешность на частоте 100 кГц составляет примерно 3,1%. Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устрой.ство, содержащее первый повторитель напряжения, вход которого соединен с выходом первого и входом второго ключей, причем вход первого ключа является входом устройства, а выход-второго ключа является выходом устройст-ва, выход первого повторителя напряжения соединен с первым накопительным элементом, например одной обкладкой первого конденсатора, другая обкладка которого соединена с входом третьего ключа, введены второй повторитель напряжения, второй накопительный элемент, например второй конденсатор, четвертый ключ и перключаемый усилитель, первый неинвертирующий вход которого соединен с его выходом, первый инвертирующий вход переключаемого усилителя соединен с входом первого повторителя напряжения, выход третьего ключа соединен с шиной нулевого потенциала, а вход - с входом второго повторителя напряжения, выХОД которого соединен с вторым инвертирующим входом переключаемого усилителя и через четвертый ключ - с вторым неинвертирующим входом переключаемого усилителя и одной обкладкой второго конденсатора, другая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала. На фиг. 1 изображено аналоговое запоминающее устройство; на фиг. 2 вариант .реализации усилителя, Аналоговое запоминающее устройство содержит первый повторитель напряжения 1, первый 2 и второй 3 к/ючи, соединяющие соответственно вход k и выход 5 устройства с входом 6 первого повторителя напряжения 1, первый накопительный элемент, например первый конденсатор памяти 7, третий 8 и четвертый 9 ключи, второй повторитель напряжения 10, второй накопительный элемент, например второй конденсатор памяти 11, переключаемый усилитель 12, содержащий управляющий вход 13, первый инвертирующий lA и первь1й неинвертирующий 15 входы, второй инвертирующий 16 и второй неинвертирующий 17 входы. Переключаемый усилитель 12 содержит два дифференциальных каскада, выходные токи которых суммируются и преобразуются в напряжение, которое усиливается предварительным и выходным каскадами, причемгенератор тока одного из дифференциальных каскадов должен отключаться по сигналу управления. На фиг. 2 показан вариант реализации усиштеля 12 с использованием операционного усилителя 18, дифференциального каскада 19, выходы которого подключены к нагрузочным резисторам 20 и выходам 21 и 22 входного каскада.операционного усилителя 18. Генератор тока 23, отключаемый схемой управления 24, питает дифференциальный каскад 19- Входы 16 и 17 представляют собой дифференциальные входы операционного усилителя. В любом из режимов они находятся в активном состоянии, т.е. обеспечивают усиление приложенных к ним сигналов. Входы 15 и It отключаются в режиме хранения. При этом сигналы, присутствующие на них, не усиливаются. Устройство работает следующим образом. В режиме выборки замкнуты ключи 2, 8 и 9, а ключ 3 разомкнут. На вход 13 переключаемого усилителя 12 596 подают цифровой управляющий сигнал X (для рассматриваемой реализации усилителя сигнал X соответствует по уровню логическому О ТТЛ-логики). При подаче сигнала X переключаемый усилитель 12 обеспечивает усиление напряжений, прикладываемых к входам 15 и Н. Входной аналоговый сигнал через замкнутый ключ 2 поступает на вход 6 первого повторителя 1 и на неинвертирующий вход 15 переключаемого усилителя 12. При замкнутом ключе 9 входы 16 и 17 закорачиваются и не оказывают практического влияния на работу устройства. Следовательно, переключаемый усилитель 12 представляет собой «дан ном режиме обычный повтрритель напряжения, присутствующего на входе 15 пе ре ключа емо го усилителя 12 и на входе Ц устройства. Первый конденсатор памяти 7 заряжается с выхода первого повторителя 1. flpi постоянном входном напряжении и. установившееся значение напряже+ния на первом конденсаторе определяется из соотношения ,Сг) где К - коэффициент передачи первого повторителя 1; .о4 аддитивная погрешность, вно симая первым повторителем 1 конденсатор памяти 11 при замкнутом ключе Э. заряжается до напряжения1 сг-иоа, U) где Upi - аддитивная погрешность, вно симая вторым повторителем 10. При переходе в режим хранения ключи 2, 8 и.9 размыкаются, а за мыкается. На цифровой управляющий вход 13 поступает сигнал X (1). Входы 15 и 14 переключаемого усилителя 12 отключаются. Это значит, чГ© сигналы, подаваемые на них, не усиливаются. При этом на выходе устрой ства устанавливается напряжение пл nt. во. С5) -l+Kn KntK ° где К и ftp - коэффициент усиления и напряжения смещения нуля усилителя 12 по входам 16 и 17. Аддитивные погрешности повторителей напряжений U и UQ « присутст04вуют в формуле и не влияют на точность устройства; что объясняется их двухкратным использованием и в режиме выборки и в режиме хранения. Мультип/ 1кативные ошибки повторителей при большом коэффициенте К также несущественны. Особенно важен эффект по, давления ошибок повторителей нёпряжения в аналоговых запоминающих устройствах, рассчитанных на предельное быстродействие. При этом повторители напряжения реализуются по разомкнутой схеме и их погрешности могут достигать единиц процентов. Переключаемый усилитель 12 работает в условиях, когда напряжения на входах 16 и 17 близки к нулю, тем самым исключаются его синфазные ошибки. В режиме хранения конденсаторы 7 и 11 способны сохранять свой заряд в течение длительного времени, так как ключи 8 и 9.находятся под напряжением, близким к нулю, и их токи утечки малы. Изменение напряжений на конденсаторах 7 и 11 под действием входных токов повторителя напряжения 10 и переключаемого усилителя 12 взаимно компенсируют друга, так же как и заряды переключения, проникающие на конденсаторы 7 и 11 из цепей управления 8 и 9, 4to обеспечивает высокую точность хранения устройства. В устройстве существенно уменьшены динамические погрешности. Предположим, что для коэффициентов передачи К, Кд первого 1 и второго 10 повторите- лей напряжения в диапазоне рабочих частот выполняется условие К„.(о) « ;, ,(ц . это условие имеет практические основания, поскольку для повторитёлей с разомкнутой схемой гра„ичная частота составляет 100 МГц gojjee. j напряжение, до которого заряжается первый конденсатор, равно , UejOuO (« где Т1ТЛ, Напряжение, до которого заряжается второй конденсатор памяти 11, определяется из выражения исгМЧОм Ы-ОсДи) :j; Ъ „ jWtr OaxCtt Cf jtt)(it jOrt) где T;/L Если цепи заряда имеют одинаковые постоянные Ф, tj 1 , то динамичес кая погрешность устройства (WT) 4. ТГма;гГ Для сравнения с известным устройством приведем числовой пример при тех П- . Л Г Л 1 же исходных данных. Пусть 50 10f я 100 кГц. Тогда согласно формуле (8) амплитудная погрешность на ука-занной частоте составляет 0,09, что почти на два порядка меньше, чем у .прототипа.. Технико-экономический эффект от применения предлагаемого устройства заключается в повышении точности при сохранении высокого быстродействия. Формула изобретения Аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый повторитель на пряжения, вход которого соединен с выходом первого и входом второго клю чей, причем вход первого ключа является входом устройства, а выход второго ключа является выходом устройства, выход первого повторителя напряжения соединен с первым накопительным aneMeHtoM, например одной обкладкой первого конденсатора, другая обкладка которого соединена с входом третьего ключа, отличаю щ е е с я тем, что, с Целью повышения точности устройства,в негр введены второй повторитель напряжения, второй накопительный элемент, например второй конденсатор, четвертый ключ и переключаемый усилитель, первый неинвертирующий вход которого соединен с его выходом, первый инвертирующий вход переключаемого усилителя соединен с входом первого повторителя напряжения, выход третьего ключа соединен с шиной нулевого потенциала, а вход - с входом второго повторителя напряжения, выход которого соединен с вторым инвертирующим входом переключаемого усилителя и через четвертый ключ - с вторым неинвертирующим входом переключаемого усилителя и одной обкладкой второго конденсатора, другая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США ff 0б3182, кл. 328-151, опублик. 1978. 2.Патент США V А066919, кл. 307-253, опублик. 1978 (прототип) . .

f

:з