Аналого-дискретный интегратор Советский патент 1983 года по МПК G06G7/184 

Изобретение относится к электЬон ным преобразователям информации в автоматике, измерительной технике и связи, а также может Оыть использовано при интегрировании и фильтрации последовательностей выборок (дискретных отсчетов) аналоговых сигналов.

Известен аналого-дискретный интегратор, содержайщй операционный усилитель с интегрирующим конденсатором, ключи и накопительный конденсатор, выполняющий функцию резистора так, что постоянная времени интегрирования задается отношением емкостей конденсаторов 1J

Недостатки устройства заключаются в погрешности интегрирования из-за смещения нуля операционного усилителя. Сложность схемы из-за введения ОУ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ансшого-дискретный интегратор для фильтров, содержащий истоковый повторитель напряжения (ИПН) на основе активной модуляции длительности па- узы (МДП) транзистора и генератора тока (например, на МДП транзисторе в режиме насыщения), интегрирующий и накопительный конденсаторы, ключи

на ВДП транзисторах и два источника входных сигналов. Вход ИПН через первый ключ соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, вторая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, накопительный конденсатор первой обкладкой соединен с выходом ИПН, второй через второй ключ - с первой обклад10кой интегрирующего конденсатора. Вход ИПН подключен через третий ключ к первому источнику, а вторая обкладка накопительного конденсатора через четвертый ключ подключена к

15 второму источнику входного сигнала. Выход подключен через пятый ключ к выходу ИПН. Под действием периодических управляющих тактовых импульсов (от внешнего генератора ) последова т26тельно закмкаются ключи и источники входгелх сигналов через ИПН заряжают (.разряжают ) накопительный конденсатор, который передает зарлд на интегрирующий конденсатор

25

Недостатком данного устройства является большая погрешность интегрирования в рабочих режимах (до 10% и более ), связанная с тем, что коэффициент передачи ИПН меньше 1 и не,

30 постоянен (зависит от входных и выходных папряжений из-за влияния подложки, сдвига выходного (относительн входного ) уровнясигнала, величина которого зависит от входных сигналов температуры и напряжения питания и др Цель изобретения - повышение точности интегрирования. Указанная цель достигается тем, что в зналого-дискретный интегратор содержащий повторитель напряжения, вход которого через первый ключ соединен с первой обкладкой интегриру ющего конденсатора, вторая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, накопительный конденсатор, первая обкладкп которого соединена с выходом повторителя напрялсени а вторая обкладка через второй ключ подключена к первой обкладке интегри рующего конденсатора, и источник, входного сигнала и компенсирующего напряжения, введены дополнительный повторитель напряжения, дополнительный накопительный конденсатор и ключи, причем выход дополнительного повторителя напряжения является выходом интегратора и подклю чен через . третий ключ к входу основного повторителя напряжения и через четвертый ключ к первой обкладке дополнительного накопителя конденсатора, вход дополнительного повторителя напряжения соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, источник входного сигнала через пятый ключ подключен к первой обкладке дополнительного накопительного конденсатора, вторая обкладка которого через шестой ключ соединена с источником копменсируюодего напряжения и через седьмой ключ с второй обкладко основного накопительного конденсатор На чертеже изображена схема предлагаемого аналого-дискретного интегратора . Лналого-дискретный интегратор содержит повторитель 1 напряжения, выполненный на транзисторе 2, источ нике 3 тока с источниками напряжения питания 4 и 5, интегрирующий (С 6 и накопительный (Сц) 7 конденсато ры, ключи 8,9 на ВДП транзисторах и источники входного сигнала U вх1 Ю и компенсирующего напряжения вход повторителя напряжения 1 через ключ 8 соед1- нен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора 6, вторая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, накопительный конденсатор 7 первой обклад кой через ключ 9 соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора 6, дополнительный повторитель напряжения 12 на идентичных активных МДП транзисторах 13 и 14 и двух генераторах тока 15 и 16, дополнительные ключи 17 - 21 и дополни тел ьныг. накопительный конденсатор 22. Выход повтори-Лэля напряжения 12 подсоединен к выходу интегратора 23 и подключен через ключ 17 ко входу повторителя напряжения 1, а также через ключ 18 - к первой обклал.ке дополнительного конденсатора С 22. Вход повторителя напряжения 12 подсоединен к первой обкладке конденсатора 22, подключенной через ключ 19 к первому источнику входного сигнала ОХ1 I а вторая обкладка через ключ 20 гтодключена к второму источнику входного сигнала Ug и через ключ 21 к второй обкладке конденсатора 3. Дополнительные элементы могут быть идентичны элементам прототипа и выполняться в составе одной ИС без изменения технологии изготовления и настроек схемз т. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Ключи управляются от внешнего источника тактовых импульсов с частотой f-f . До прихода тактового импульса ключи 8,9,19 и 20 нормально открыты, а остальные нормально замкнуты. После прихода тактового импульса их состояния изменяются на обратные. При наличии тактового импульса на дополнительном накопительном конденсаторе 22 ; накапливается заряд ) Tj D 1 На накопительном конденсаторе 7 (СН / заряд равен (1-), на интегрирующем конденсаторе б (с ) и на выходе равны После окончания тактового импульса происходит перераспределение части заряда аОн2на накопительный конденсатор 7 причем U2 не меняется, следовательно u(J тоже не меняется, а на С Ц, заряд изменяется на «H-, S-%/lS/4) При поступлении следующего тактовогс импульса весь заряд переходит на интегрирующий конденсатор 6: н ).,} а за k тактовых импульсов С С к 6b,.(,c;7( (4) 1 т.е. осуществляется ана.пого-дискретное интегрирование с постоянной времени Лсн-,-Ч)/Ч-Ч в отличие от прототипа без погрешности, вносимой, например, влиннием

подложки, без сдвига уровня на выходе л без ofKnioMeHHft выходл схемы. Это достигается в частности тем, что зарядка и разрядка накопительного конденсатора производится при одном и том же напряжении на повторителе напряжения 1, что обеспечивает постоянство ди.

Вводимые дополнительные элементы проще, например, чем операционный усилитель с компенсащией дрейфа (как в случае описанного выше аналога), а основные параметры (динамический диапазон входных сигналов, шумы дискретизации, стабильность и быстродействие ) при введении их не ухудшаются.

Формула изобретения

Аналого-дискретный интегратор, содержащий повторитель напряжения, вход которого через первый ключ соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, вторая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, накопительный конденсатор, первая обкладка которого соединена с выходом повторителя напряжения, а вторая обкладка через второй ключ подключена к первой обкладке интегрирующего конденсатора, и исто ник входного сигнала и компенсирующего напряжения, отличающ и и с я -тем, что, с целью повышения точности интегрирования, введен дополнительный повторитель напряжения, дополнительный накопительный конденсатор и ключи, причем выЗсод дополнительного повторителя напряжения является выходом интегратора и подключен через третий ключ к входу основного повторителя напряжения и через четвертый ключ к первой обкладке дополнительного накопительного конденсатора, вход дополнительного повторителя напряжения соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, источник входного сигнала через пятый ключ подключен к первой обкладке дополнительного накопительного конденсатора, вторая обкладка которого через шестой ключ соединена с источником компенсирующего напряжения и через седьмой ключ

0 с второй обкладкой основного накопительного конденсатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.G. Jacobs. G. Landsburg,

5 В. White, D. Hodges louche-tone decoder chip mates analog filters with digital logic, Electronics,

1979, V 52, № 4, p. 105-112.

2.S. Fan, R. Gregorian, G.Temes,

0 M. Zomorrodi Switched-capacitor

filters using unit - gain buffers,, rSSCC-SO, USA, Huston, 1980, p. 334-337 (прототип).