Аналоговое запоминающее устройство

 

АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее пассивные элементы на весовых резисторах, первые выводы которых соединены с соответствующими выходами двоичного счетчика , вторые выводы соединены с инвертирующим входом операционного усилителя , неинвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход является выходом устройства, элемент обратной связи. на резисторе, первый вьшод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, второй вьгаод с выходом операционного усилителя и первым входом компаратора, второй вход которого является входом устройства j выход компаратора соединен с входом установки О первого Я5триггера , вход установки 1 которо-; го является управляющим входом устройства и соединен с входом элемента задержки и входом установки О второго R5 -триггера, вход установки 1 которого соединение выходом элемента задержки, первый выход - с входом установки О двоичного счетчика , второй выход - с управляющим входом генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом двоичного счетчика и выходом первого R5-триггера, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности, номинальные значения сопротивлений весовых резисторов свя§ заны соотношением (Л al , -1 «4 где - номинальное значение сопротивления весовго резистора -го разряда; Q - относительная погрешность со сопротивления весового Од резистора i -го разряда, а DU,вел1тчина , большая нуля и со соответствующая относиО ) тельному отклонению ближайшего сопротивления из ряда номинальных сопротивлений к вычисленному значению Ri+i , приЛ, 0; t - текущее значение разряда.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК заев С 11 С 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ р. „ 2 где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21} 3382562/18-24 (22) 20. 01 . 82 (46) 07. 06.84. Бюл. У 21 (72) А.M. Шадрин и А.В. Астахов (71) Опытно-конструкторское бюро приборов контроля и автоматики (53) 681.327.66(088.8) (56) 1. Бахтиаров Г.Д. и др. Аналогоцифровые преобразователи. М., "Сов. радио", 1980, с. 122-132.

2. Кофлин P., Дрискол Ф. Операционные усилители и линейные,интегральные схемы. M., "Мир", 1979, с. 353 (прототип). (54)(57) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОИИНАЮЩЕЕ

УСТРОЙСТВО, содержащее пассивные элементы на весовых резисторах, первые выводы которых соединены с соответ-. ствующими выходами двоичного счетчика, вторые выводы соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход является выходом устройства, элемент обратной связи . на .резисторе, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод— с выходом операционного усилителя и первым входом компаратора, второй вход которого является входом устройства, выход компаратора соединен с входом установки "0" первого RSтриггера, вход установки "1" которо,ЯУ„„109 69 А го является управляющим входом устройства и соединен с входом элемента задержки и входом установки "О" второго R5 -триггера, вход установки

"1" которого соединен;с выходом элемента задержки, первый выход — с входом установки "0" двоичного счетчика, второй выход — с управляющим входом генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом двоичного счетчика и выходом первого R5-триггера, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности, номинальные значения сопротивлений весовых резисторов связаны соотношением

R; — номинальное значение сопротивления весовго резистора 1 --ro разряда, S — относительная погрешность сопротивления весового резистора i --го разряда, )„ 1 — величина, большая нуля и соответствующая относительному отклонению ближайшего сопротивления из ряда номинальных сопротив" лений к вычисленному значению R>+ при D11„=0;

t " "текущее значение разряда.

1096696

Изобретение относится к автоматике, вычислительной H.ýëåêòðîèçìåðè1 тельной технике и может найти применение в аппаратуре, использующей длительное хранение выборочных значений аналогового напряжения.

Известны аналоговые запоминающие устройства, содержащие накопительный конденсатор, аналоговый ключ, усилитель (1 .

Основным недостатком данных устройст является спад вьжодного напряжения, обусловленный разрядом накопительного конденсатора токами утечки.

Наиболее близким к предлагаемому является аналоговое запоминающее устройство с хранением информации в цифровой форме, содержащее пассивные элементы на весовых резисторах с сопротивлениями, взвешенными по двоичному закону, двоичный счетчик, к выходам которого поразрядно подключены первые выводы соответствующих весовых резисторов, вторые выводы которых соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является входом устройства, а выход компаратора соединен с входом блока управления двоичным счетчиком j 2) .

Точность выборки данного устройства определяется количеством разрядов двоичного счетчика и величинами погрешностей весовых резисторов. Наихудшим сочетанием знаков погрешностей резисторов, выполненных с одним классом точности, является случай, когда знак погрешностипроводимости старшего разряда положителен и противоположен знакам погершностей проводимостей остальных разрядов. Поэтому относительная погрешность весовых резисторов не долж на превышать величину, 6 — >

2q (1)

I где 3 — относительная погрешность сопротивления весовых резисторов, !

l — количество разрядов устройства.

Данное требование вступает в противоречие с требованием повышения точности выборки информации, посколь. ку сложно изготовить резисторы с по" грешностью, позволяющей реализовать устройство с разрядностью выше одиннадцати.

Цель изобретения — повышение точ5 ности устройства без применения прецизионных резисторов.

Указанная цель достигается тем, что в аналоговом запоминающем устройстве, содержащем пассивные эле1О менты на весовых резисторах, первые выводы которых соединены с соответствующими выходами двоичного счетчика, вторые выводы — соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход — является выходом устройства, элемент обратной связи на резисторе, первый вывод ко20 торого соединен с инвертирующим входом операциочного усилителя, второй вывод — с выходом операционного усилителя и первым входом компаратора, второй вход которого является входом устройства, выход компаратора соединен с выходом установки "0" первого

Ю-триггера, вход установки "1" которого является управляющим входом устройства и соединен с входом эле30 мента задержки и входом установки

"0" второго Ь -триггера, вход установки "1" которого соединен с выходом элемента задержки, первый выходс входом установки "0" двоичного счетчика, второй выход — с управляющим входом генератора импульсов, выход которого соединен с счетным входом двоичного счетчика и выходом первого RS-триггера, номинальные значения сопротивлений весовых резисторов связаны соотношением: ;„1 -1 „

4н ).

2 1-8„, "+ (2)

45 где Rg — номинальное значение сопротивления резистора f --го разряда, 5; — относительная погрешность сопротивления резистора L-го разряда, D ð; — величина большая нуля и соответствующая относительному отклонению ближащего сопротивления из ряда поминальных сопротивлений к вычисленному значению К<„ при )1 1 = Ов

1 - текущий номер разряда, (3) 8шх оп д

3 1096

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит весовые резисторы 1-8, двоичный счетчик 9, операциокный усилитель 10, элемент 11 обратной связи, компаратор l2,RS-триггеры 13 и 14, генератор 15 импульсов и элемент 16 задержки. Первый R9— триггер 13, генератор 15 импульсов и первый счетчик 9 имеют выходы с от- 1О крытым коллектором.

Устройство работает следующим образом.

В режиме выборки импульс на управляющем входе устройства устанавливает15 первый R5-триггер 13 в состояние, pas. решающее прохождение импульсов с выхода генератора 15 на вход двоичного счетчика 9. Одновременно второй триггер устанавливается в "0" состо- 2О якие, что вызывает сброс двоичного счетчика 9 в "0" состояние и с некоторой задержкой, определяемой элементом 16, запуск генератора 15 импульсов. Двоичный счетчик 9 считает импульсы генератора 15, переключая весовые резисторы 1-8 в комбинации, соответствующей двоичному коду числа импульсов генератора 15. Усили-. тель 10 совместно с весовыми резисторами 1-8 и резистором 11 обратной связи представляет собой неинвертирующнй усилитель, коэфФициент передачи которого меняется в зависимости от комбинации ключевых весовых

35 резисторов.

Для выходного напряжения можно записать

696 4 растающий сигнал в диапазоне от 0оп до() а„ . Когда напряжение на выходе усилителя 10 сравняется с напряжением на входе устройства, срабатывает компаратор 12, выходной импульс ко-торого перебрасывает триггер 13, по- следний блокирует прохождение импульсов с генератора 15 на вход регистра 9. На выходе усилителя 10, а следовательно и устройства, запоминается нАпряжение, соответствующее цифровому коду на выходе регистра 9 и равное входному напряжению. Из формул (3) и (4) следует, что выходное напряжение устройства определяется значением проводимости разрядов включенных весовых резисторов.

Повышение точности предлагаемого устройства обеспечивается за счет ограничения максииальног0 приращения выходногб напряжения на величину не более заданной при условии наихудшего сочетания знаков погрешностей резисторов во всем диапазоне изменения выходного напряжения. При этом, в отличие от известного устройства на выходе предложенного устройства в период выборки информации может формироваться немонотонно возрастающее напряжение, дискретность приближения к уровню сравнения которого, не превышает заданной величины, равной максимальному приращению напряжения при включении младшего разряда. и-4

А - А- (5) евах и- бах л = Ъ

1 где 1 максимальная проьюах

Rn(" п! водимость vl -го (старшего разряда, обусловленная относитель 11 1Ъ31Я Я . (. !

1 мох P (q g где Don — опорное напряжение на неинвертирующем входе усилителя 10; — сопротивление резистора 11; а,-а — 0 или 1 в зависимости от состояния соответст- 50 вующего разряда счетчика 9, Р1 R g — сопротивления соответствующих весовых резисторов 1-8. 55

На. выходе усилйтеля 10 который является одновременно и выходом устройства, формируется ступенчато возной погрешностью

3 резистора п, мипимальная проводимость 1 -ro разряда, обусловленная относительной погрешностью 3; резистора R„ ; максимальная проводимость (1 -го младшего) разряда, обусловленная относительной погрешностью, резистора Й, 5 1096696

В данном случае А1„, „ заданная мак. симальная величина приращения, которая обеспечивает точность выборки информации.

Номинальное значение проводимости А -2-ro разряда выбирается as

Я условия

Таким образом, для того чтобы в предложенном устройстве повысить точность — необходимо увеличить количество разрядов, но в то же время ужесточить требования к точйости ве35 совых резисторов. Так, например, чтобы выполнить базовый объект, построенный на интегральной микросхеме

10-разрядного преобразователя типа

252ПАЗ, требуется подгонка сопротивлений весовых резисторов с точностью ! <0,1Х, В предложенном устройстве, выбирая номинальные сопротивления весовых резисторов согласно формуле (2) можно повысить точность устройства беэ применения прецизионных резисторов как, например, при испытании макета предложенного устройства, собранного на дискретных эх:.агентах, используя тринадцать разрядов и выбрав сопротивления весовых резисторов по приведенной выше формуле, удалось достичь точность и динамический диапазон 12-разрядного эквивалента при точности весовых резисторов 51Х.

Т.е. по сравнению с базовым объектом, точность .выборки увеличена в 4 раза с весовыми резисторами в 10 раз менее точными.

Предлагаемое устройство наиболее выгодно использовать в интегральном исполнении, при этом нет необходимости в подгонке номинальный значений сопротивлений резистивной матрицы, что значительно снижает трудоем-.. кость ее изготовления при массовом производстве.

При этом достигаемая точность предлагаемого. устройства ограничивается разрешающей способностью компаратора, а динамический диапаэоя— максимальным напряжением усилителя.

Аналогично для номинального значения сопротивления 2- го разряда получаем

A3max Жнмл е и A ma» q или с учетом (7) у А „„,„4 Д ФД и "

R>(1-6Д) (1-3 ), Продолжая аналогию приходим к общему соотношению, связывающему номиналь30 ное значения сопротивлений весовых резисторов предлагаемого устройства . R;Ä(l-3„,„)-- R„(- Ю,:, (Ю) Из формулы (1 О) следует чтО нОми нальное значение сопротивления весового резистора каждого последующего (старшего по отношению к предыдущему) разряда определяется следующим образом:

4 л 82 (11)

R *-II —, D

1+4 2 "4 1+ )

444 где D „ --, — относительное отклонение ближайшего сопротивления as ряда 4S номинальных сопротивлений к вычисленному значению Ri „ïða 3„ ., = О.

Отклонение 0„ 4 выбирается таким образом, чтобы значения сопротивлений резисторов содержались в ряду номи- 50 нальных сопротивлений по ГОСТ 2826-67

A я 4 р» (6) или

> g y g - " VnOX 4 НИ И q а номинальное значение сопротивления

2-ro разряда выбирается иэ условия (8) Я (1 4) " «- Sл Й "(14 5,) Я (- Д - 2 ( (9) Очевидно, что реализация предлагаемого устройства возможна в том случае, если во всем диапазоне номинальных значений весовых резисторов выполняется условие 8„,1(Я;, которое выполняется в том случае, если

1 (4-ЬÄ. )(1+9;„ 2 1-3„,„

1096696

Уира&ение

Тирам 575 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,.Москва, -35 Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3833/39

Филиал ППП "Патент", г. У кгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Дикарев.

РедактоР Е. ЛУшникова ТехРед М.Тенер КоРРектоР Л.Шеньо