Аналоговое запоминающее устройство

 

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к запоминающим устройствам, и монет быть использовано для выборки, хранения и коммутации дискретных значений изменяющихся во времени напряжений, формируемых множеством измерительных преобразователей при динамических испытаниях сложных технических объектов, либо формируемых в ходе технологического или вычислительного процессов. Цель изобретения - повышение быстродействия - достигается введением дополнительных компараторов, второго элемента И и блока элементов И. Устройство обеспечивает в пределах одного шага дискретизации выборку и хранение дискретных значений канальных напряжений последовательно не S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (11 4 0 11 С 27/00

3Г1" 1 "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И „

1б

С4

ОС

Ю

СА:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4120825/24-24 (22) 13.06.86 (46) 15.03.88. Бкл. ¹ 10 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) И.Г.Вагнер и К.К.Ефимов (53) 681.327.066 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 414634, кл. Б 11 С 27/00, 1974 °

Авторское свидетельство СССР № 1336119, кл. G 11 С 27/00, 1986. (54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к запоминающим устройствам, и может быть ис5

„„SU„„1381603 А 1 польэовано для выборки, хранения и коммутации дискретных значений изменяющихся во времени напряжений, фор мируемых множеством измерительных преобразователей при динамических испытаниях сложных технических объектов, либо формируемых в ходе технологического или вычислительного процессов.

Цель изобретения - повышение быстродействия - достигается введением дополнительных компараторов, второго элемента И и блока элементов И. Устройство обеспечивает в пределах одного шага дискретизации выборку и хранение дискретных значений канальных налряжений последовательно не

138!603

20 по номеру канала, а последовательно по значениям канальных напряжений, начиная с наименьшего из всех и saканчивая наибольшим — во время фазы заряда конденсатора 5, а при разряде конденсатора 5 — начиная с наибольшего иэ всех и заканчивая наименьшим. Формирование канальных напряжений осуществляется компараторами

10, формирователями 1! и 12 импуль!

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к запоминающим устройствам, и может быть использовано для выборки, хранения и коммутации дискретных значений изме- 5 няющихся во времени напряжений, формируемых множеством измерительных преобразователей при динамических испытаниях сложных технических объектов, либо формируемых в ходе технологического или вычислительного процессов.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

Иа фиг.l изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит пассивные элементы на резисторах 1 и 2, ключи

3 и 4, накопительный элемент на конденсаторе 5, операционный усилитель

6 генератор 7 тактовых импульсов

25 дополнительные компараторы 8 и 9» ос,новные компараторы О, формирователи ! 1 и 12 импульсов, первый элемент

И 13, второй элемент И 14, блок 15 элементов И, шины )6 и !7 положительного и отрицательного напряжения, информационные входы 18 устройства,входы 19 и 20 опорных напряжений, информационный выход 21 устройства, адресные выходы 22 устройства.

Устройство работает следующим об- 35 разом.

Рассмотрим принцип действия с использованием временных диаграмм (фиг.2), где приведен случай обработки трех аналоговых сигналов сов и элементами И 13 и 14. Управление ключами 3 и 4 осуществляется с выходов элементов И 13 и 14, а компараторами 10 — уровнями логических сигналов, снимаемых с выхода компараторов 8 и 9, получаемых сравнением выходного напряжения операционного усилителя 6 и опорных напряжений °

2 ил.

2 (устройство содержит, например, 3 канала).

При поступлении в момент времени переднего фронта импульса с пря7 мого выхода задающего генератора импульсов на один из входов многовхо" дового элемента И 13, на других входах которого находятся уровни "1", на его выходе установится единичный уровень, открывающий ключ 3 и в результате начинается процесс заряда конденсатора 5. Б момент времени напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигает значеггия,ггаименьшего из всех канальных напряжений (на фиг,2 это напряжение первого канала t/1) и срабатывает компаратор

10 первого канала, на прямом выходе которого появляется уровень "1". Б результате этого, на вход формирователя 11 первого канала поступает передний фронт импульса, который запускает этот формирователь, вырабатывающий отрицательный импульс длительностью, равной необходимому времени хранения выбранного дискретного значения, в течение которого производится его обработка, например аналогоцифровое преобразование или другие операции. Другие формирователи 11 и

l2 работают аналогично. С выхода формирователя ll первого канала отрица тельный импульс подается на один из входов многовходового элемента И 13, в результате чего на его выхогге появляется отрицательный импульс, закрывающий ключ 3 и прекращающий заряд конденсатора 5 на время длительности этого импульса. Кроме того, с выхода того же формирователя 11 им1381603 пульс подается на один из входов первого элемента И блока 15 и на первом его выходе появляется импульс той же длительности.

Б момент времени, t, (по окончании импульса, вырабатываемого формирователем 11 первого канала) на выходе элемента И 13 вновь устанавливается единичный уровень, который открывает ключ 3 и продолжает процесс заряда конденсатора 5 по линейному закону через резистор 1 от источника! р напряжения -Е (не показан).

Б момент времени t, когда L1 операционного усилителя 6 достигнет значения, наименьшего из оставшихся канальных напряжений (на фиг.2 напряжение U < ), срабатывает компаратор

10 второго канала, на прямом выходе 20 которого появляется передний фронт импульса, запускающий формирователь

11 второго канала, который вырабатывает отрицательный импульс ° Этот импульс через элемент И 13 (U,) пос- 25 тупает на управляющий вход ключа 3 и закрывает его до своего окончания,, т.е. до момента времени 1,„, в результате чего прекращается заряд конденсатора 5, что свидетельствует об ЗР окончании процесса хранения дискретного значения второго сигнала. Импульс формирователя 1 второго канала через второй элемент И блока 15 поступает также на управляющий выход второго канала. После его окончания (в момент времени .,) вновь начнется ь процесс заряда конденсатора 5, который будет продолжаться до момента

BpeMeHH t когда напряжеHHp на Вы 4р ходе операционного усилителя Ь достигнет значения последнего из оставшихся канальных напряжений (»a эпюре фиг.2 напряжение П „) и в результате срабатывает компаратор 10 45 третьего канала, на прямом выходе которого появится передний фронт импульса, запускающий формирователь

11 третьего канала, который вырабатывает отрицательный импульс ° Этот импульс через элемент И 13 поступает на управляющий вход ключа 3 и закрывает его до своего окончания,т ° е. до момента времени .,„> в результате чего прекращается заряд конденсато55 ра, что свидетельствует об окончании процесса хранения дискретного значения последнего из напряжений, Импульс формирователя 11 третьего канала через элемент И блока 15 поступает также на адресный выход третьего канала. После его окончания (в момент времени . >) вновь начнется процесс заряда конденсатора 5, который будет продолжаться до момента времени ;9, когда напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет максимального положительного значения диапазона изменения входных сиг, Ф налов L „„,,поступающего на неинвертирующий вход компаратора 8 (К +), на выходе которого устанавливается уровень "0" через элемент И 13 закрывающий ключ 3.

Фаза заряда конденсатора 5 начинается в момент времени С „ при поступлении переднего фронта импульса с инвертируюшего выхода генератора 7 на один из входов элемента И 14 (U ), на других входах которого находятся уровни . На его выходе установится единичный уровень, открывающий ключ 4, в результате чего начинается процесс разряда конденсатора 5 по линейному закону через резистор 2 от источника напряжения +E (не показан).

Б момент времени .,„ напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет значения, наибольшего из всех канальных напряжений (на фиг.2 напряжение третьего канала U ) и срабаты3 вает компаратор 10 третьего канала, на инверсном выходе которого появляется передний фронт.-импульса, запускающий формирователь 12 третьего канала, который вырабатывает отрицательный импульс. Этот импульс через элемент И 14 (U,) поступает на управляющий вход ключа 4 и закрывает

его до своего окончания, т.е. до момента времени t, в результате чего сокращается процесс разряда конденсатора 5, что свидетельствует об окончании хранения дискретного значения выбранного канального напряжения.

Импульс формирователя 12 третьего канала через элемент И блока 15 поступает также на выход 22 третьего канала. После его окончания (в момент времени t, ) вновь начнется процесс разряда конденсатора 5, который будет продолжаться до момента времени когда напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет наибольшего из оставшихся канальных напряжений (на фиг.2 напряжение П ) и срабатывает компаратор 10 второго ка138160 нала, на инверсном выходе которого появляется передний фронт импульса, запускающий формирователь 12 второго канала, который вырабатывает отрица5 тельный импульс. Этот импульс через элемент И 14 (0„,) поступает на управляющий вход ключа 4 и закрывает его до своего окончания, т. е. до момента времени t „, в результате чего прекращается процесс разряда коиденсатора 5, что свидетельствует об окончании хранения дискретного значения второго канального налряжения. Импульс формирователя 12 второго канала через элемент И блока 15 поступает также на выход 22 второго канала. После его окончания 1,в момент времени t „) вновь начнется процесс разряда конденсатора 5, который будет продолжаться до момента времени t„, когда напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет значения последнего из оставшихся канальных напряжений (на фиг ° 2 напряжение 1,,) и срабатывает компаратор 10 первого канала, на инверсном выходе которого появляется передний фронт импульса, запускающий формирователь 12 первого канала, который вырабатывает отрицательный импульс. Этот импульс через элемент

И 14 (U <) поступает на управляющий вход ключа 4 и закрывает его до своего окончания, т.е. до момента времени t,<, в результате чего прекраща35 ется процесс разряда конденсатора 5, что свидетельствует об окончании хранения дискретного значения первого канального напряжения. Импульс 40 формирователя 12 первого канала через элемент И блока 15 поступает также на выход 22 первого канала. После его окончания (в момент времени t „ ) вновь начнется процесс разряда конденсатора 5> который будет продолжаться до момента времени t„,, когда напряжение на выходе операционного усилителя 6 достигнет максимального отрицательного значения диапазона из50 менения входных сигналов U„, поступающего на инвертирующий вход компаратора 9 (К -), на выходе которого устанавливается уровень "0", через элемент И 14 закрывающий ключ 4.

С момента времени С,ц при поступлении переднего фронта импульса с прямого выхода задающего генератора импульсов 7 на один из входов элемен3 6 та И 13 ("м,) снова начинается фаза заряда конденсатора 5 и все процессы повторяются аналогично выше описанному.

Анализируя действия и временную диаграмму работы (фиг.2) для нескольких шагов дискретизации, можно придти к выводу, что предлагаемое устройство обеспечивает в пределах одного шага дискретизации выборку и хранение дискретных значений канальных напряжений последовательно не по номеру канала, а последовательно по ранжиру, т.е. по значениям канальных напряжений, начиная с наименьшего из всех и заканчивая наибольшим — во время фазы заряда конденсатора 5, начиная с наибольшего из всех и заканчивая наименьшим - во время фазы разряда конденсатора 5. На фиг.2 наблюдается следующий порядок выборки и хранения налряжений: 1 шаг дискретизации (фаза заряда) - U,, „,. t„; 2 шаг (фаза разряда) —, „,, U и т ° д.

Б устройстве одновременно выполняются функции многоканальной коммутации (коммутация с адаптацией и к уровням канальных напряжений) и функция аналогового запоминающего устройства, т.е. выборка и хранение дискретных значений.

Число каналов может быть произвольным, однако необходимо учесть, что максимальное число каналов определяется максимальной скоростью изменения канальных напряжений (т.е. их динамикой), погрешностью дискретизации, выборки и хранения, а также взаиморасположением канальных напряжений, как функций времени, одно относительно другого ° 11инимальная длительность импульсов генератора 7 определяется скоростью заряда и скоростью разряда конДенсатора 5, а также длительностью хранения дискретных значений сигналов и рассчитывается по формулам:

ai! („ Х+ = Т + и +

3 м акс Х

+ f с )

Хр

ra

-+pмс кс + " хр

8U Вх ХР где 1. + — длительность положительного импульса генератора 7;

Т

3 макс

Т р макс длительность отрицательного импульса генератора 7; диапазон изменения входных сигналов; время заряда конденсатора 5 от максимальной отрицательной границы диапазона изменения входных 10 сигналов до максимальной положительной; время разряда от максимальной положительной ретизации умень. ается на время,необходимое для разряда конденсатора в устройстве-прототипе от максимальной положительной границы диапазона изменения входных сигналов до максимальной отрицательной.

Фор мул аиэобретени я

Аналоговое запоминакицее устройство, содержащее накопительный элемент на конденсаторе, обкладки которого соединены с входом и выходом операграницы диапазона измене-, g ния входных сигналов до максимальной отрицате- ьной; скорость заряда конденсатора 5; 20 скорость разряда конденP сатора 5;

n — количе ство сигналов; — длительность хранения хр дискретных значении сиг- 25 налов,принимается рав-! ной для всех сигналов) .

Следует отметить, что входные сигналы должны 6LITb ограничены скорости нарастания, так как гри не- 3О соблюдении этого требования возможна повторная выборка сигнала по одному и тому же каналу, что влечет за собой недоз аряд l, недор азряд) конденс атора до границы диапазона из-за до35 бавочной выборки и хранения этого сигнала, что может привести к опасности невыборки сигналов, находящихся возле границы диапазона. 11о эту опасность можно исключить, предусмотрев некоторый запас длительности импульсов задающего генератора 7.

Использование компараторов 8,9 (К +, К-) позволяет исключить плаIl ванне диапазона входных сигналов 45 при возможнои одновременной выборке (фиг.21, > - . t-, нескольких сигналов, что может привести к перезарядке (переразрядке) конденсатора 5 относительно границы диапазона.

Увеличение быстродействия достигается за счет использования фазы разряда конденсатора в качестве рабочей фазы. Поэтому длительность шага дискционного усилителя соответственно, первый и второй пассивные элементы на резисторах, первые выводы которых соединены с ин .ормационниц входами первого и второго ключеи соответственно, выходы ключей соединены с входом операционного усилителя, выход которого яв: яется информационным выходом устройства, вторые выводы резисторов соединены соответственно с шинами положительного и отрицательного напряжения устройства, генератор тактовых импульсов, основные компараторы, первые входы которых являютея инфо1мационными входами устройства, формирователи импульсов, первыи элемент И, о т л и ч а ю и е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него вве»ень; допо:шительные компараторы, второй элемент И и блок элементов И, выходы ко то ро го я вляют с я адр е снь.ми выходами устройства, в> оды блока элементов И соединены с выхоцами формиро-. ателей импульсов и первыми входаы; первого и второго элементов И, гторые входы которых соединены с выходами генератора тактовых импульсов, третьи входы первого и второго элементов И соединень| с выходами дополнительных компараторов, первые входы дополнительных и вторые входы оснс нных компараторов соединены с выходом операционного усилителя, вторые входы дополнительных компараторов являются входами опорных напряжений устройства, выходы первого и второго элементов И соединены с управляющими

«ходами первого и второго ключей соответственно.

1381б03

urr

Составитель A. Воронин

Техред Л.Олийнык

Редактор M.Товтин

Корректор С,Шекмар

Заказ 1188/50 Тираж 590 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4