Запоминающее устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«о959165 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 23. 01. 81(21) 3239593/18-24

Р(М К,т з с присоединением заявки ¹

G 11 С 19/28

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150982,Бкзллетень ¹ 34

Дата опубликования описания 15.09.82 (зЗ) УДК 681 ° 327 (088.8) (72) Авторы изобретения

П.A.Äèê, H.Ì.Ðoéçèí и В.Я.Стенин

Московский ордена Трудового Красного Зн инженерно-физический институт (71,) Заявитель (54) ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОИСТВО

Ф

Изобретение относится к запоминающим устройствам и может быть использовано в устройствах динамической памяти, а также для хранения как аналоговой, так и цифровой информации с электрическим и оптическим вводом.

Известно запоминающее устройство (ЗУ), содержащее первый операционный усилитель (Оу), аналоговый ключ,накопительный конденсатор и второй

ОУ, осуществляющее запоминание одной выборки аналогового сигнала fl ).

Недостатками этого устройства являются его сложность и невозможность одновременного хранения большого числа выборок аналоговых сигналов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является ЗУ, содержащее сдвиговый регистр иа приборах с зарядовой связью .(ПЗС) с выходной.и входной шинами, шинами управления записью и считыванием, первая.шина управления переносом которого соединена с выходом формирователя импульсных сигналов, импульсный вхбд которого соединен с выходом устройства управления переносом, вход устройства управления переносом подсоединен к шине управления режимом работы запоминающего устройства, вторая шина управления переносом сдвинутого регистра соединена с шиной питания (2 ).

Недостатком этого устройства является большое потребление мощности, обусловленное большим рассеянием мощности, особе(тно на высоких тактовых частотах, расходуемой при заряде емкости шины управления переносоМ сдвигового регистра с помощью ключевого элемента и при последующем ее.разряде в процессе формирова15 ния пр; оуго, ного у равляющего пульса напряжения.

Цель изобретения — снижение потребляемой устройством мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в запоминающее устройство, содержащее сдвиговый регистр, формирователь импульсов и блок местного управления, первый выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов, выход которого соединен с первым выходом переноса сдви" гового регистра, второй выход переноса которого подключен. к первой шине питания, а первый и второй управЗО ляющие и информационные вход и вы-!

959165!

60 ход являются соответственно входами управления записью, управления считыванием, информационными входом и выходом устройства, введены управляемый ключ, блок подстройки,амплитуды импульсов и элемент подстройки длительности импульсов, первый вывод которого соединен с выходом управления ключа, а второй вывод — с выходом формирователя импульсов и входом блока подстройки амплитуды импульсов, выход которого подключен ко второму входу формирователя импульсов, первый вход управляемого ключа соединен со вторым выходом .блока местного управления, а второй,!5 вход соединен с второй шиной питания.

Управляемый ключ содержит управляющие транзисторы n-p-n-типа, ключевой транзистор р-и — р-типа, ре- .gp зисторы и диод, причем база первого управляющего транзистора соединена с первым выводом первого резистора, а коллектор подключен к базе второго управляющего транзистора, эмиттер которого соединен с шиной нулевого потенциала, а коллектор — с первым выводом второго резистора и базой ключевого транзистора, коллектор которого подключен к аноду диода, катод которого соединен с эмиттером ключевого транзистора и вторыми выводами резисторов, эмиттер первого управляющего транзистора, эмиттер и коллектор ключевого транзистора являются соответственно первым и вторым входами и выходом ключа.

Блок подстройки амплитуды импульсов содержит дифференциальный усилитель, нагрузочный элемент, накопительный элемент и элемент развязки, первый выход которого является входом блока, а второй вывод подклю. чен к первым выводам нагрузочного и накопительного элементов и прямому входу дифференциального усилителя, 45 инверсный вход которого соединен с шиной смещения, а выход является выходом блока, вторые выводы накопительного и нагрузочного элементов подключены соответственно к шине нулевого потенциала и к третьЕй шине питания.

Формирователь импульсов содержит третий управляющий и усилительный транзисторы и-р-и-типа и тре ий резистор, первый вывод которого подключен к базе третьего управляющего транзистора, коллектор которого соединен с базой усилительного транзистора, эмиттер которого подключен к шине нулевого потенциала, а коллектор является выходом блока, первым и вторым входами которого являются соответственно эмиттер третьего управляющего транзистора и второй вывод третьего резистора.

На фиг.l приведены функциональная схема предложенного устройства и принципиальные схемы управляемого ключа, формирователя импульсов, и блока подсТройки амплитуды импульсов) на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

ЗУ содержит (фиг.l) сдвиговый регистр 1 на ПЗС с информационным вхо-. дом 2, выходом 3, входом 4 управления записью., входом 5 управления считыванием, первым 6 и вторым 7 выходами переноса; формирователь 8 импульсов с первым 9 и вторым 10 входами и выходом 11; блок 12 местного управления с первым 13 и вторым 14 выходами; блок 15 подстройки амплитуды импульсов; первую 16 и вторую 17 шины питания; элемент 18 подстройки длительности импульсов, например индуктивный элемент, и управ ляемый ключ 19.

Управляемый ключ содержит первый

20 и второй 21 управляющие транзисторы п-р-п-типа, ключевой транзистор

22, диод 23, первый 24 и второй 25 резисторы.

Блок 15 подстройки амплитуды импульсов .содержит элемент 26 развязки, например диод, накопительный элемент 27, например конденсатор, нагрузочный элемент 28, например резистор, дифференциальный усилитель 29 с прямым 30 и инверсным 31 входами и шину 32 смещения.

Формирователь 8 импульсов содер-. жит третий управляющий 33 и усилительный 34 транзисторы и-р-и-типа и третий резистор 35. На фиг.l обоз-, начен вход 36 устройства.

На фиг;2 обозначены: уровни напря><ения U36 на входе 36 устройства, уровни напряжения U<+ и импульсы напряжения U<> соответственно на выходах 14 и 13 блока 12, импульсы напряжения U и уровень напряжения U-t соответственно на выходах 6 и 7 регистра 1, уровень напряжения питания U2 на шине 17 питания, напряжение U22,íà коллекторе тран- зистора 22, нижний уровень. Пн напряжения U< и закон изменения тока i в элементе 18.

Описанное ЗУ работает следующим образом.

В режиме хранения информации. на выходе 6 регистра 1 поддерживается уровень напряжения UH, определяющий нижний уровень импульсов U6 управления переносом; выход 7 находится под более высоким потенциалом хранения U> . При этом информационные заряды локализуются под электродами, присоединенными к выходу 7 регистра 1.

В некоторый момент времени (фиг.2) на входы 4 управления записью и 5 управления считыванием

959165 6 (фиг.1) поступает сигнал начала записи информации, поступающий йа вход 2 (либо начала считывания информации с выхода 3). Одновременно на вход 36 устройства подается управляющий импульс. На выходе 14 блока 12 формируется импульс, который подается на вход ключа 19 и замыкает его. При этом элемент 18 подключается через замкнутый ключ 19 к шине 17 питания с напряжением U .

Происходит ударное возбуждение колебательного контура, образованного элементом 18 и паразитным конденсатором шины управления переносом, подключенной к выходу б.

Для обеспечения незатухающего процесса колебаний в контуре с выхода 11 формирователя 8 на выход б подаются импульсы тока с частотой повторения, определяемой блоком 12, равной резонансной частоте контура и (возможно применение частот субгармоник, т.е. шр /2,сир /3 и т.д. ) .

Амплитуда импульсов тока на выходе

11 регулируется с помощью блока 15, который поддерживает на. входе 1.0 формирователя, 8 необходимый потен. циал, обеспечивающий на выходе 6 незатухающие колебания.

Происходит перенос информации в регистре 1, а также запись и/или считывание информации в зависимос- ти от состояния входов 4 и 5.

Перевод запоминающего устройства в режим хранения информации осуществляется по сигналу, поступающему на вход 36 блока 12. В момент когда ток в элементе .18 равен нулю, а напряжение на выходе 6 управления переносом равно U„, управляемый ключ 19 по сигналу с выхода 14 размыкается и колебания напряжения на выходе б прекращаются, а также прерываются импульсы на выходе 13 блока 12. Блок 15 обладает памятью, поэтому амплитудные значения напряжений последующих групп управляющих колебаний на выходе б устанавливаются практически с первого колебания.

Условие. считывания части информации, хранящейся .в ЗУ, без искажения оставшейся информации определяет требования к форме колебаний напряжения на выходе 6. Наличие остаточных колебаний после момента времени может привести к уничтожению части информационных зарядов пакетов или к взаимным перекрытным искажениям зарядовых пакетов, хранившихся.в соседних ПЗС-ячейках регистра 1 . Кроме того, если размыкание ключа происходит в момент

2л

t„+ t, где ь С<Т= — „, Р

t+2yjn n = i 2 ..., то в элеo+w .р Ы ф менте 18 возникает ЭДС самоиндукции.

Она может вывести из строя управляемый ключ 19, который снижает требования к стабильности момента окон. чания импульса на его первом входе;

5 2Jln

Л . t =t + — — >t 0

О ю

Р ы

P . Ключ 19 работает следующим образом.

В исходном состоянии при t

10 первом выходе ключа 19 — нулевой потенциал, транзистор 20 насыщен, транзисторы 21 и 22 закрыты (ключ 19 разомкнут). В момент времени t = t„ на эмиттер транзистора 20 подается единичный логический сигнал, и эмиттерный переход закрывается. Ток резистора 25 отпирает транзистор 21, коллекторный ток которого создает на резисторе 24 падение напряжения

20 насыщающее транзистор 22. На коллекторе транзистора 22 напряжение скачком изменяется до величины

П = П„,где О в — напряжение насыщения транзистора 22. Начинается

25 заряд паразитного конденсатора шины с управления переносом на выходе б током, протекающим от шины 17 питания через насыщенный транзистор 22 и элемент 18. В момент, когда напря30 жение на конденсаторе С достигает величины И1, ток в элементе 18 максимален, и дальнейший заряд конденсатора С происходит за счет энергии магнит"ого поля, запасенной в индукЗ5 тивности элемента 18. После того, как напряжение на конденсаторе С достигает максимального значения, ток в элементе 18 меняет направление. Начинается разряд конденсатора С. При

40 этом ток протекает через насыщенный транзистор 22 и открытый диод 23.

Если в промежуток времени, когда про- исходит разряд конденсатора С, за. переть транзистор 22, то разряд продолжается через диод 23 и по окончании процесса разряда колебания напряжения на выходе б прекращается.g

Блок 15 и формирователь 8 работает следующим образом.

В режиме переноса информационных зарядовых пакетов вдоль регистра 1 на выходе б поддерживается незатухающий колебательный процесс. Если минимальные значения напряжения на выходе 6 оказываются больше, чем потенциал на шине 32 питания (напряжения смещения), то диод 26 не от. крывается и конденсатор 27 заряжается через резистор 28 до напряжения, соответствующего минимуму на60 пряжения на выходе 6. На выходе усилителя 29 появляется усиленная разность потенциалов, на его входах

30 и 31 со знаком плюс . При этом импульсы тока коллектора тран65 зистора 34 в формирователе 8 увели959165

Формула изобретения чиваются но амплитуде, и возрастает амплитуда колебаний напряжения на выходе 6 регистра 1.

Подстройка амплитуды управляющих колебаний происходит до тех пор, пока минимальное значение напряжения на выходе 6 не сравняется с напряжением на шине 32 (напряжением смещения). Если постоянная времени цепи конденсатор 27 — резистор 28 много больше максимального времени хранения запоминающего устройства, то режим блока 15 мало меняется за вре.мя пауз между сериями управляющих сигналов, и колебания имеют постоянную амплитуду.

Потребляемая устройством от источника питания мощность снижается за счет колебательного периодическог перераспределения энергии из электрического поля конденсатора С шины управления переносом на выходе б регистра l в магнитное поле индуктивности элемента 18 и наоборот.

Технико-экономическое преимущество предложенного устройства заключается в снижении, по сравнению с прототипом, потребляемой мощности.

1. Запоминающее устройство, содержащее сдвиговый регистр, формирователь импульсов и блок местного управления„ первый выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов, выход которого соединен с первым выходом переноса сдвигового регистра, второй выход переноса которого подключен к первой шине питания, а первый и второй. управляющие и ин.Формационные вход и выход являются соответственно входами управления записью, управления считыванием, информационными входом и выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения потребляемой мощности, оно содержит управляемый ключ, блок подстройки амплитуды импульсов и элемент подстройки длительности импульсов, первый вывод которого соединен с выходом управляемого ключа, а второй выводс выходом формирователя импульсов и входом блока подстройки амплитуды импульсов, выход которого подключен ко второму входу формирователя импульсов, первый вход управляемого ключа соединен со вторым выходом блока местного управления, а второй вход соединен с второй шиной питания.

2. Устройство по п.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что управляемый ключ содержит управляющие транзисторы п-р-п-типа, ключевой транзистор p-n-p-типа, резисторы и диод, причем база первого управляющего транзистора соединена с первым выводом первого резистора, а коллектор подключен к базе второго управляющего транзистора, эмиттер которого

1Î соединен с шиной нулевого потенциала, а коллектор — с первым выводом второго резистора и базой ключевого транзистора, коллектор которого подключен к аноду диода, катод которого соединен с эмиттером ключевого транзистора и вторыми выводами резисторов, эмиттер первого управля> ющего транзистора, эмиттер и коллектор ключевого транзистора являются соответственно первьж и вторым входами и выходом ключа.

3. Устройство по п.l, .o т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок под стройки амплитуды импульсов содержит дифференциальный усилитель, нагрузочный элемент, накопительный элемент и элемент развязки, первый выI ход.которого является входом блока, а второй вывод подключен к первым

30 выводам нагрузочного и накопитель» ного элементов и прямому входу дифференциального усилителя, инверсный вход которого соединен с шиной смещения, а выход является выходом блока, вторые выводы накопительного и нагрузочного элементов подключены соответственно к шине нулевого потенциала и к третьей шине питания.

4 ° Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь импульсов содержит третий управляющий и усилительный транзисторы и-р-и-типа и третий резистор, первый вывод которого подключен к базе третьего управляющего транзистора, коллектор которого соединен с. базой усидительного транзистора, эмиттер которого подключен к шине нулевого потенциала, а коллектор является выходом блока, 50 первым и ъторйм входами которого являются соответственно эмиттер третьего управляющего транзистора и второй вывод третьего резистора °

Источники информации, 55 принятые во внимание при экспертизе

1. Аналоговые интегральные схемы. Под ред. Дж.Кониели. Й., Мир!, 1977» с. 281.

2. Патент США 9 4216386", 60 кл. 307/221, опублик. 1980 (прототип).

959165 ц ts с, "и

ВНИИПИ Заказ 7050/70 Тираж 622 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4