Аналоговое запоминающее устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (u>960957 (61) Дополнительное к авт. спид-ву— (22) Заявлено 310381 (21) 3266620/18-24 (51) М. Кд.з

G 11 С 27/00 сприсоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет .

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 230982,. Бюллетень ¹35 (33) УДК 681 ° 327 .66(088.8) Дата опубликования описания 230ß82 (72) Авторы .изобретения

О.Б. Козлов .и Е.И. Строков (71) Заявитель (54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для исследования однократных процессов в радиолокации, радиотехнике, телевидении, ядерной физике, в качестве выносного прибора к осциллографу для исследования на

его экране однократных процессов.

Для записи и последующего многократного считывания одиночных сигна. лов известны запоминающие устройства с использованием подвижных магнитных носителей информации (лентыт барабаны, диски), а также электроннолучевые трубки с видимьва иэображением.

Однако такие устройства характеризуются конструктивной сложностью, малой надежностью и высокой стоимостью

Известны также запоминающие устройство с неподвижными магнитными аналоговыми элементами памяти, например трансфлюксорами, в которых производят, квантование сигнала по времени, запоминание значений процесса, собтветствующкх моментам квантования в отдельных элементах памяти ).11 °

Однако для записи информации в элементы памяти применяют импульс,ную отрицательную связь, причем обегание элементов памяти происходит при наличии коммутирующих элементов в цепи записи и в цепи считывания сигнала при считывании, что снижает быстродействие и точность устройст10

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является аналоговое устройство для запоминания однократных сигналов, содержащее охваченное цепью обратной связи на15 копительный элемент, выполненный в виде элемента задержки, источник эталонного напряжения, соединенный с первым входом элемента сравнения, ключи. Кроме того, устройство содержит одновибраторы, пиковый детектор. Источник эталонного напряжения выполнен в виде генератора пилообразного напряжения, с которым в заданные интервалы времени сравнивает25 ся информациионный сигнал, в момент их равенства одновибратор формирует прямоугольный импульс, записываемый в накопительный элемент — элемент задержки. Постепенно в элемент за30 держки записываются импульсы одина960957 ковой длительности на разных расстояниях один от другого. Эти расстояния несут информацию об амплитуде

KBBHT;)B одиночного процесса Г23.

Недостатками известного устройства являются ограниченный амплитудный 5 динамический диапазон запоминаемого сигнала и ограниченное число выборок (число квантований по времени}, определяющее точность запоминания. Принцип работы устройства заключается в 10 преобразовании амплитуды запоминаемого сигнала во время между импульсами, вырабатываемыми одновибратором. Поэтому обьем памяти накопительного элемента должет быть равен произведению числа выборок на число градаций по амплитуде.

Использование в известном утсройстве накопительного элемента — элемента задержки, содержащего формирователь тока записи, усилитель считы20 вания, формирователь прямоугольных импульсов, не дает возможности существенного увеличения обьема памяти,изза большого количества требующегося оборудования, больших габаритов, потребляемой мощности.

В этом устройстве амплитудный динамический диапазон находится в обратно пропорциональной зависимости с количеством квантований сигнала по времени, так как увеличение амплитуды запоминающего сигнала приводит к повышению времени обработки одного квантования, что приводит к сокращению количества квантований. Кроме того, в устройстве при больших скоростях нарастания пилообразного напряжения момент сравнения его с запоминаемым сигналом имеет большой разброс, что приводит к сйижению точ- 40 ности запоминания.

Таким образом, известные устройства не могут обеспечить запоминание однократных сигналов с большим амплитудным динамическим диапазоном с высокой точностью и в течение длительного времени.

Большие возможности в этом направлении открывают приборы о зарядо-. вой связью (ПЗС). ПЗС обеспечивают 50 точную управляемую тактовым питанием задержку сигнала, которая может изменяться от сотен секунд до нескольких секунд. Они компактны, потребляют малую мощность, что позволяет реализовать линии задержки большого объема.

Недостатком ПЗС является ограниченное время хранения аналоговой информации, вследствие сглаживания со временем запасенной информации, обус- 60 ловленного накоплением дополнительных носителей в объеме полупроводника и на границе кремний — двуокись кремния. Чтобы время хранения информации в ПЗС не ограничивалось 65 времене л тепловой релаксации потенциальных ям, информацию нужно периодически регенерировать. Это нетрудно сделать, если информация представлена в цифровой форме. При рециркуляции чисто аналоговой информации на стабильность, линейность и другие характеристики налагаются очень жесткие требования. Поэтому исполь- " зование ПЗС в известном устройстве без изменения егo функциональной схемы не приведен к желаемому результату.

Целью изобретения является повышение точности устройства и расширение его амплитудного динамического диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее основной накопительный элемент, генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом формирователя фазных напряжений, выход которого соединен с первым входом основного накопительного элемента, источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, ключи, блок управления, первый и второй входы которого подключены к шинам управления и сброса,. введены дополнительный накопительный элемент, элемент И, счетчики, сумматор и усилитель, первый вход которого соединен с выходом основного накопительного элемента и с первым входом перво&о ключа, второй вход первого ключа соединен с выходом первого элемента И, выход первого ключа соединен со входом дополнительного накопительного элемента, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выход блока сравнения подключен к второму входу усилителя, выход которого соединен с первым входом -второго ключа, выход источника спорного напряжения соединен с первым входом третьего ключа, первый вход четвертого ключа является входом устройства, выходы второго, треть его и четвертого ключей соединены с входами сумматора, выход которого соединен с вторым входом основного накопительного элемента и является выходом устройства, выход первого счетчика соединен с третьим входом блока управления, первый и второй входы первого элемента И соединены соответственно с первым выходом второго счетчика и с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первыми входами второго и третьего элементов И, второй вход второго элемента И соединен с первым выходом второго счетчика, второй выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход

960957 которого соединен с вторым входом четвертого ключа и с первым входом первого счетчика, второй вход первого счетчика соединен с вторым выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с вторым входом второго ключа, третий вход третьего элемента И соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов и с первым входом второго счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, выход вто рого элемента И соединен с вторым входом третьего ключа.

Сущность изобретения заключается в том, что аналоговый сигнал преоб- 15 разуют в набор из m дискретных выборок, каждая 1, (и+1), (2п+1) дискретнай выборка n = 1 — m, и где К вЂ” целое число, заменяется равной по длительности выборкой эталонного напряжения. Полученную последовательность запоминают с помощью

ПЗС, при считывании последовательности йз ПЗС выделяют выборку эталонного напряжения, сравнивают ее с напряжением источника эталонного напряжения и по степени деградации выборки эталонного напряжения вырабатывают воздействие на всю последователь- 30 ность выборок, следующую за эталонаной, компенсирующее деградацию.

На фиr. 1 изображена функциональ-. ная схема предложенного устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы его 35 работы.

Устройство содержит накопительный элемент 1, выполненный на приборе с зарядовой связью, генератор 2 тактовых импульсов, формирователь 3 фаз- 4О ,ных напряжений, источник 4 опорного напряжения, блок 5 сравнения, ключи

6-9, дополнительный накопительный эле,мент 10, выполненный, например, в ви,де конденсаторной запоминающей ячейки, элементы И 11 — 13, блок 14 управления, счетчики 15 и 16, сумматор 17, шину 18 управления, шину .19 сброса, усилитель 20 с регулируемым коэффициентом усиления. Блок 5 сравнения может быть выполнен в виде дифференциального усилителя.

Устройство работает следующим образом.

До прихода импульса на шину 18 ключи 7 и 9 закрыты, а ключ 8 пропускает эталонное напряжение с источника 4 на вход сумматора 17 только при каждом 1, (и+1), (2п+1-м) и т.д. тактовом импульсе, на выходе сумматора 17 присутствуют выборки эталон60 ного сигнала с длительностью, равной длительности тактового сигнала, номер которых соответствует 1, .(и+1), (2n+1) и т. д. импульсам генератора 2 тактовой частоты. Выборки эталонного 6S напряжения поступают на вход элемента 1 и на выход устройства. Каждая из выборок эталонного напряжения появляется на выходе элемента ПЗС через время, равное mT, где m — числ . тактов переноса прибора с зарядовой связью, Т вЂ” период тактовых импульсов. Причем число и выбирается таким, чтобы = К, где К- целое число, m а время и ° Т не превышало бы времени хранения дополнительного накопитель; ного элемента 10 при заданной точности . При таком условии время появления выборки эталонного напряжения на входе и выходе элемента 1 будет совпадать. Выборки эталонного напряжения, проходя через ПЗС, задерживаются на время, равное и ° Т, и деградируют по амплитуде. С выхода

ПЗС каждая выборка, например первая, через ключ б поступает на дополнительный накопительный элемент 10 до прихода следующей выборки эталонного напряжения. Блок 5 сравнения сравнивает величину напряжения, поступающего с источника. 4 опорного напряжения с величиной напряжения выборки эталонного сигнала из элемента 10 и вырабатывает напряжение регулировки усиления усилителя 20 °

Коэффициент усиления усилителя 20 устанавливается таким, чтобы напряжение эталонной выборки на его вы- ходе совпадало с уровнем эталонного напряжения, и уточняется после прихода на его вход каждой последующей выборки эталонного напряжения с выхода ПЗС 1.

Временные диаграммы иллюстрируют работу устройства при условии, что уровень "1" является разрешающим, а уровень "0" — запрещающим прохождение сигнала через элементы И, ключи. Временные диаграммы представлены для случая п--19, m--40.

После прихода пускового импульса на выходах блока 14, который представляет собой логический блок, выполненный на триггерах, элементах И-НЕ, формируются сигналы, как показано на диаграммах 14а, 14в, 14г. Сигнал

14б является разрешающим для прохождения тактовых импульсов на счетчик

15, сигнал.14а является запрещающим для прохождения импульсов на вход ключа б. Передним фронтом запрещающего сигнала 14а счетчик 16 устанавливается в нулевое положение. Счетчик

16 вырабатывает сигналы разрешения— диаграммы 16а для прохождения на сумматор 17 эталонного напряжения и сигнала запрета — диаграмма 16б— для прохождения исследуемого сигнала в то время, когда на входе сумматора 17 присутствует эталонный сигнал.

Счетчик 16 формирует выходные импульсы на 1, (и+1), (2n+1) тактовые им960957

Формула изобретения пульсы, пришедшие на него после пускового импульса. На выходе элемента

13 И формируется послецовательность тактовых импульсов, в которой 1, (и+1), (2п+1) импульсы отсутствуют.

Эта последовательность поступает на управляющий вход ключа 9 и счетчик

15; Ключ 9 производит квантование запоминаемого аналогового сигнала по . времени, т.е. преобразование его в последовательность импульсов, амплитуда которых соответствует мгновенным значениям амплитуды аналогового сигнала в моменты времени, соответствующие наличию сигнала на управляющем входе ключа 9. Счетчик 15 имеет коэффициент пересчета (m-К). Каждый импульс, кратный (m-К) на входе счетчика 15, вырабатывает на его выходе сигнал, который устанавливает блок .14 управления в исходное положение.

На. втором и четвертом выходах и блока

14 управления в этот момент появляется запрещающий уровень для прохождения через ключ 8 эталонного напряжения и разрешающий уровень для прохождения через ключ 6 выходного сигнала усилителя 20 с регулируемым коэффициентом усиления. Счетчик 15 работает ровно столько времени, сколько его необходимо для прохождения любой выбор ки через ПЗС 1 с его входа на выход (ТЗц =mT) . Сигнал на первом выходе блока 14 управления (диаграмма 14а) разрешает прохождение выборок эталонного напряжения, прошедших через

ПЗС 1 в элемент 10, и в каждом периоде осуществляется корректировка коэффициента усиления усилителя 20. Так как ключ 7 открыт сигналом с четвертого выхода блока 14 управления (диаграф-ма 14г), а ключи 8 и 9 закрыты, то на вход ПЗС 1, а следовательно, и на выход устройства. поступают выборки аналогового сигнала, задержанные на время m Т. Через время m ° T выборки аналогового сигнала вновь появляются на выходе и т.д., т.е. циркулируют до тех .пор, пока на шину

19 не поступит сигнал "Сброс", который устанавливает устройство в пер воначальное состояние и прерывает цепь обратной связи.

После прихода импульса "Сброс", хотя еще на выходе ПЗС 1 будут присутствовать сигналы предыдущей выборки, устройство уже готово для запоминания следующей выборки аналогового сигнала, приходящего на вход.

Сигнал сброса может в устройстве формироваться автоматически путем счета импульсов, поступающих со счетчика 16 после прихода пускового импульса и сравнения кода дополнительного счетчика 16 с заранеее заданным кодом., Таким образом, в предложенном устройстве аналоговый сигнал хранится сколь угодно долго„ пока замкнута цепь обратной связи. Регенерация информации производится по ступени деградации выборки. эталонного напряжения, соответствующей 1, (п+1), (2п+1) номеру импульса тактового сигнала.

Алгоритм работы предложенного устройства не предусматривает никаких преобразований амплитуды, как это имеет место в известном устройстве, в котором амплитуда запоминающего сигнала преобразуется во времени.

Поэтому объем памяти накопительного элемента в предложенном устройстве определяется числом квантований запоминающего сигнала по времени.

В известном устройстве объем памяти накопительного элемента определяется произведением числа квантований по времени на число градаций по амплитуде. Следовательно, в предложенном устройстве амплитудный динамический диапазон .сигнала не ограничивается объемом памяти, а определяется возможностями ПЗС и может составлять 100.

Кроме того, это позволяет увеличить количество квантований по времени„ определяющее точность запомиЯ нания, в число раз, равное в известном устройстве числу градаций запо-. минаемого сигнала по амплитуде. Ясли в известном устройстве число градаций по амплитуде равно 10, то в предлагаемом устройстве число квантований, опрецеляющее точность запоминания, увеличивается в 10 раз.

Преимущества используемого накопительного элемента — большой объем памяти, компактность, малая потребляемая мощность, точная управляемая задержка, Использование предложенного устройства наиболее эффективно там, где необходимо большое число квантований

4к сигнала по времени, в частности при запоминании электрического аналога видеоизображения (телевизионный кадр).

Например, при числе разложения телевизионного кадра на (144 232)

50 дискретных элементов и при числе градаций по амплитуде (яркости) равном 32, необходимо иметь объем памяти накопительного элемента в известном (144x 232 32) ячеек, что является

55 дорогостоящим и сложным устройством.

Предложенное утсройство разработано специально для ПЗС, кОторый позволяет реализовать, например (144х232) ячеек в одном кристалле.

Аналоговое запоминающее устройст65 во, содержащее основной накопитель960957 ный элемент, генератор тактовых импульсов, первый выход к.оторого соединен,со входом формирователя фазных

,напряжений, выход которого соединен с первым входом основного накопительного элемента, источник опорно- 5 го напряжения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, ключи, блок управления, первый и второй входы которого подключены к шинам управления и сброса, о т л и ч а ю - щ щ е е с я тем, что, с целью повыше ния точности устройства и расширения

его амплитудного динамического диапазона, в него введены дополнительный накопительный элемент, элементы 15

И, счетчики, сумматор и усилитель, первый вход которого соединен с выходом основного накопительного элемента и с первым входом первого ключа, второй вход первого ключа соеди- о нен с выходом первого элемента И, выход первого ключа соединен со входом дополнительного накопительного элемента, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, выход блока сравнения подключен ко второму вхЯ ду усилителя, выход которого соединен с первым входом второго ключа, выход источника опорного напряжения соединен с первым входом третьего ключа, пер-! вый вход четвертого ключа является .входом устройства, выходы второго, третьего и четвертого ключей соединены со входами сумматора, выход которого соединен со вторым входом основ,ного накопительного элемента и является выходом устройства, выход первого счетчика соединен с третьим входом блока управления, первый и второй входы первого элемента И соединены соответственно с первым выходом второго счетчика и с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первыми входами второго и третьего элементов И, второй вход второго элемента И соединен с первым выходом второго счетчика, второй выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен со вторым входом четвертого ключа и с первым. входом первого счетчика, второй вход первого счетчика соединен со вторым выходом блока управления, четвертый выход которого соединен со вторым входом второго ключа, третий вход третьего элемента И соединен со вторым выходом генератора тактовых импульсов и с первым входом второго счетчика, второй вход которо-. го соединен с первым выходом блока управления, выход второго элемента И соединен со вторым входом третьего ключа..

Источники информации, принятйе во внймание при экспертиэе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 360695, кл. 6 11 С 27/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

М 769634, кл. Q 11 С 27/00, 1978 (прототип).

960957

ИИИИИИИИИ I И 1 ° IIIIIIII ь ь ве)(сч с а ць фф%Ф %h о

Я

Ь, Составитель A. Воронин

Редактор Г. Ус Техред A.Áàáèíåö КорректорГ. Решетник

Заказ 7298/66 Тираж 622 Подписное

ВНИИПИ ГосУдарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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