Аналоговое запоминающее устройство

 

О Л--И -А -:-Н- И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советский

Социалистических

Республик () 733032

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.11.77 (21) 2547349/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

G 11 С 27/00

Гасударственный комитет

СССР аа делам изобретений и открытий

Опубликовано 05.05.80. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 15.05.80 (53) УДК 681.327..66 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. Д. Бахтиаров и П. А. Дзарданов (71) Заявитель (54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области вычислительной техники и может найти применение при построении аналого-цифровых преобразователей (АЦП), а также при согласовании аналоговых и цифровых устройств в различных системах обработки сигналов.

Известно аналоговое запоминающее устройство, использующее последовательные аналоговые ключи на биполярных и полевых транзисторах (1).

Недостаток таких устройств — сравнительно высокий уровень помех, проходящих через паразитные емкости, что ограничивает как их точность, так и быстродействие.

Известно также аналоговое запоминающее устройство, использующее операционный усилитель и обратную связь при заряде накопительного конденсатора (2) .

Недостатки этого устройства — сложность и относительно невысокое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, которое состоит из входного буферного каскада, аналогового ключа, разделительного элемента, накопительного конденсатора и выходного буферного каскада. Когда ключ разомкнут, происходит стробирование исходного сигнала и заряда накопительного конденсатора. Когда ключ замыкается, выходной сигнал входного каскада замыкается на шину нулевого потенциала и на накопительном конденсаторе сохраняется заряд, оставшийся в момент замыкания ключа. Разделительный элемент, представляющий собой однонаправленный вентиль (либо диод, либо р-и переход транзистора), необходим для того, чтобы отделить накопительный конденсатор от ключа в режиме запоминания (ЗД

Недостатками рассмотренного устройства являются относительно невысокая точность образования выборочных значений, которая ограничивается в первую очередь разделительным элементом, а также однополярность устройства, что тоже определяется наличием разделительного элемента, представляющего собой однонаправленный вентиль.

Цель изобретения — увеличение точно2о сти образования выборочных значений и придание устройству свойства работать от биполярных входных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговом запоминающем устройстве, 733032

1$

29 и

4$ юю содержащем входной усилитель, вход которого соединен со входом устройства, накопительный элемент, например конденсатор, ключ, соединенный с шиной управления и шиной нулевого потенциала, выходной каскад, например операционный усилитель, выход которого соединен с выходом устройства, ключ соединен с одной обкладкой конденсатора и первым входом операционного усилителя, второй вход которого подключен к выходу входного усилителя и другой обкладке конденсатора.

На фиг. 1 изображена структурная схема предложенного устройства; на фиг. 2— структурная схема операционного усилителя.

Устройство содержит входной усилитель 1, накопительный элемент, например конденсатор 2, ключ 3, операционный усилитель 4 (выходной каскад).

Устройство работает следующим образом.

В режиме слежения ключ 3 замкнут и на одной из обкладок конденсатора 2 напряжение отслеживает входное напряжение.

Если выходное сопротивление усилителя 1 пренебрежимо мало, то напряжение на конденсаторе 2 повторяет входное напряжение без ошибок слежения. В противном случае появляются некоторые ошибки слежения, присущие аналогичным устройствам и зависящие от соотношения постоянной времени заряда к интервалу стробирования (времени замыкания ключа 3).

Переход в режим запоминания осуществляется при размыкании ключа 3. Напряжение на другой обкладке конденсатора 2 при этом повторяет изменяющийся входной сигнал напряжения. Напряжение с обоих обкладок конденсатора 2 подается на два входа операционного усилителя 4, включенного в режим вычитания. Если коэффициент усиления усилителя в разомкнутом состоянии достаточно велик и выполняется условие

R JR = 3.з/R, то на выходе операционного усилителя 4 будет иметь место соотношение:

U 6 1Х = (13 1 ) R 3/К i, где 1„и1ю — напряжения на выходе усилителя 1 и другой обкладке конденсатора 2 соответственно (точки а и б на чертеже)., Поскольку переменная составляющая входного сигнала присутствует на обоих входах усилителя 4, то на его выходе в этом режиме будет иметь место постоянное напряжение. Это и будет выборочным значением сигнала. Увеличение точности образования в предоженном устройстве выборочных значений сигнала по сравнению с прототипом обусловлено, в первую очередь, отсутствием разделительного нелинейного элемента между усилителем 1 и конденсатором 2 и возможностью сделать постоянную времени заряда достаточной малой, а также тем, что для управления ключом 3, который работает относительно шины нулевого потенциала, требуются небольшие перепады напряжения. Это существенно уменьшает нелинейную составляющую апертурной ошибки, вызванную конечность фронта управляющего строба, а также ошибки, обусловленные пролезанием на конденсатор 2 управляющих ключом 3 стробов, и нестабильностью остаточных параметров ключа 3 из-за изменения входного сигнала в заданном динамическом диапазоне. Представляет интерес использование в качестве операционного усилителя 4 интегральных компараторов с дифференциальными входами, которые позволяют выполнить операцию вычитания и получить при этом очень высокое быстродействие.

В операционном усилителе используется последовательная цепочка компараторов 5.

Их можно рассматривать, например, как аналоговую часть параллельного АЦП.

Здесь используется свойство дифференциальных компараторов 5 реагировать на разность напряжений, поступающий на их входы. Для того, чтобы это реализовать, входной сигнал с выхода усилителя поступает на одни входы компараторов, а на другие их входы подаются напряжения с отводов резистивного делителя 6, который с одной стороны соединен с промежуточным буферным каскадом 7,;. с другой — с генератором тока 8. В результате на выходе компараторов

5 будет присутствовать проквантованный по величине сигнал, соответствующий выборочному значению его на конденсаторе 2.

Дополнительная погрешность квантования определяется числом используемых компараторов 5 и законом расстановки уровней квантования на резистивном делителе 6. При использовании компараторов 5 со стробированием этот результат в виде унитарного кода может быть запомнен сколь угодно долго.

Скорость работы устройста, измеряемая например, максимальной частотой дискретизации, определяется в этом случае быстродействием используемых компараторов.

Технико-экономическая эффективность предложенного устройства определяется тем, что оно позволяет сочетать в себе простоту аналоговых запоминающих устройств с параллельными ключами с высокой точностью, присущей аналоговым запоминающим устройствам со сложными ключами и обратными связями. Так аппаратурная реализация устройства при прочих равных условиях обходится в 3 — 5 раз дешевле известных аналогичных устройств другого типа.

Устройство позволяет уменьшить динамические ошибки параллельного АЦП, использующего современные стробируемые компараторы в 3 — 5 раз по сравнению со случаем работы без аналогового запоминающего устройства и получить быстродействие, 733032

Формула изобретения код

Выход

Составитель А. Воронин

Редактор В. Зарванская Техред К. Шуфрич Корректор М. Шароши

Заказ 1563/13 Тираж 662 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент> r. Ужгород, ул. Проектная, 4 определяемое в основном используемыми компараторами. Это позволяет, например, реализовать параллельные АЦП с числом разрядов до 7 при частотах дискретизации

50 — 100 МГц, тогда как без использования предложенного устройства при указанных частотах дискретизации трудно реализовать число разрядов больше 3 — 4.

Аналоговое запоминающее устройство, содержащее входной усилитель, вход которого соединен со входом устройства, накопительный элемент, например конденсатор, ключ, соединенный с шиной управления и

6 шиной нулевого потенциала, выходной каскад, например операционный усилитель, выход которого соединен с выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в нем ключ соединен с одной из обкладок конденсатора и первым входом операционного усилителя, второй вход которого подключен к выходу входного усилителя и другой обкладке конденсатора.

Источники информации, 4й принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3474259, кл. 307 — 238, опублик. 1969.

2. «Электроника», № 16, 1973, с. 52 — 57.

3. «Приборы для научных исследований», № 4, 1969, с. 3 — 14 (прототип).