Аналоговое запоминающее устройство
(72) Автор изобретения
В.Н. Осипов
ЗСЕСОЮЗ А 1
ТЕХНИЧЫКлР
Львовский ордена Ленина политехнический нстиЩВЛИ01 Еьф им. Ленинского комсомола (7l ) Заявитель (54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВС
Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для запоминания, мгновенных значений напряжений и может быть использовано в аналоговых и аналого-цифровых вы5 числительных устройствах.
Известны аналоговые запоминающие устройства, представляющие собой в режиме выборки разомкнутые структуры и обеспечивающие коррекцию- некото- . рых составляющих погрешности $1 ), Недостатком устройства является его низкая точность.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ана-1 логовое запоминающее устройство, которое содержит повторитель напряжения, вход которого соединен с выходом первого и входом второго ключей, причем вход первого ключа является 20 входом устройства, а выход второго ключа - выходом устройства и соединен с выходом усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а инвертирующий вход — с одной обкладкой конденсатора и через третий ключ - с выходом усилителя, выход повторителя напряжения соединен с другой обкладкой конденсатора. Погрешности, вы" званные напряжениями смещения нуля усилителя и повторителя напряжения, в этом устройстве подавляются P2).
Однако известное устройство обладает недостаточной точностью, поскольку в режиме хранения конденсатор разряжается вхсдным током усилителя и током утечки через закрытый третий ключ, к которому приложено напряжение, равное входному напряжению в момент перехода устройства из режима выборки в режим хранения.
Ограничивает точность известного устройства также большая динамическая погрешность, вызванная тем, что напряжение, до которого заряжается ко3 9667 денсатор памяти, зависит от частоты входного сигнала. Если предположить, что повторитель напряжения не вносит статических погрешностей и имеет весьма широкую полосу пропускания, то на-. пряжение на конденсаторе равно
l.
)» K n (Ce) "ек(ОУ) с(4+;e "вх(® + р где К. i ) 1 - коэффициент передачи
tl повторителя; фаз
©=R - С - постоянная времени .заряда конденсатора емкостью С. 1
Сопротивление йз„@ можно представить в виде суммы выходного сопротивления повторителя напряжения и сопротивления замкнутого ключа, причем определяющим является сопротивление ключа, которое для ключей на полевых 20 транзисторах составляет. величину по-> ,рядка 100 Ом. При этом динамическая погрешность равна д - " : (т)
"аю< 1+ а
Пусть С 500 йф, к ® -" 100 Ом.
Тогда С 5 ° 10 Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устрой- З ,ство, содержащее первый повторитель напряжения, вход которого соединен с выходом первого и входом второго ключей, причем вход первого ключа явля" ется входом устройства, а выход .второго ключа является выходом устройст-ва, выход первого повторителя напряжения соединен с первым накопительным элементом, например одной обкладкой первого конденсатора, другая обкладка которого соединена с входом третьего ключа, введены второй повторитель напряжения, второй накопитель. ный элемент, например второй конденсатор, четвертый ключ и перключаемый усилитель, первый неинвертирующий вход которого соединен с его выходом, первый инвертирующий вход переключаемого усилителя соединен с входом первого повторителя напряжения, выход И третьего ключа соединен с шиной нулевого потенциала, а вход - с входом второго повторителя напряжения, вы50 ход которого соединен с вторым инвертирующим входом переключаемого усилителя и через четвертый ключ - с вторым неинвертирующим входом переключаемого усилителя и одной обкладкой второго конденсатора, другая обкладка которого соединена с шиной нулевого поТенциала. На фиг. 1 изображено аналоговое запоминающее устройство; на фиг. 2вариант реализации усилителя. Аналоговое запоминающее устройстВо содержит первый повторитель напряжения l первый 2 и второй 3 ключи, соединяющие соответственно вход 4 и выход 5 устройства с входом 6 первого повторителя напряжения 1, первый накопительный элемент, например первый конденсатор памяти 7, третий 8 и четвертый 9 ключи, второй повторитель .напряжения 10, второй накопительный элемент, например второй конденсатор памяти 11, переключаемый усилитель .12, содержащий управляющий вход 13, первый инвертирующий 1Й и первый неин" вертирующий 15 входы, второй инвертирующий 16 и второй неинвертирующий 17 входы. . Переключаемый усилитель 12 содержит два дифференциальных каскада, выходные токи которых суммируются и преобразуются в напряжение, которое усиливается предварительным и выходным каскадами, причем генератор тока одного из дифференциальных каскадов должен отключаться по сигналу управления. На фиг. 2 показан вариант реа лизации усилителя 12 с использованием операционного усилителя 18, дифференциального каскада 19, выходы которого подключены к нагрузочным резисторам 20 и выходам 21 и 22 входного каскада. операционного усилителя 18. Генератор тока 23, отключаемый схемой управления 24, питает дифференциальный каскад 19. Входы 16 и 17 представляют собой дифференциальные входы операционного усилителя. В любом из режимов они находятся в активном состоянии, т.е. обеспечивают усиление приложенных к ним сигналов. Входы 15 и 14 отключаются в режиме хранения. При этом сигналы, присутствующие на них, не усиливаются. Устройство работает следующим образом. В режиме выборки замкнуты ключи Й, 8 и 9, а ключ 3 разомкнут. На вход 13 переключаемого усилителя 12 5 9667 подают цифровой управляющий сигнал Х (для рассматриваемой реализации усилителя сигнал Х соответствует по уровню логическому "0" ТТЛ-логики). При подаче сигнала Х переключаемый усилитель 12 обеспечивает усиление напряжений, прикладываемых к входам 15 и 14. Входной аналоговый сигнал через замкнутый ключ 2 поступает на вход 6 первого повторителя 1 и на 14 неинвертирующий вход 15 переключаемо" ro усилителя 12. При замкнутом ключе 9 входы 16 и 17 закорачиваются и не оказывают практического влияния на работу уст- И ройства. Следовательно, переключаемый усилитель 12 представляет собой е данном режиме обычный повтрритель напряжения, присутствующего на входе 15 переключаемого усилителя 12 и на вхо- 26 де 4 устройства. Первый конденсатор памяти 7 заряжается с выхода первого повторителя 1 . Прк) постоянном входном напряжении 0 „ установившееся значение напряже+(йя Ос на первом конден" 25 саторе определяется из соотношения с Ос = )вх п1 Uo <+) где К - коэффициент передачи перfH вого повторителя 1; U - аддитивная погрешность, вно, о1 симая первым повторителем 1,. Второй конденсатор памяти 11 при замкнутом ключе 9 заряжается до на-. пряжения " 3$ ст="оъ, (4) 1et Ов)(() : И+j urc,и,нуФ;) ( где - "= 1 кл С . где 00 -- аддитивная пограиность, вносимая вторым повторителем 10. При переходе в режим хранения клю40 чи 2, 8 и 9 размыкаются, а ключ 3 замыкается. На цифровой управляющий вход 13 поступает сигнал Х j"1"). Входы 15 и 14 переключаемого усилителя 12 отключаются. Это значит, что 45 сигналы, подаваемые на них, не усиливаются. При этом на выходе устройства устанавливается напряжение 1 а <п<К О „,„= ()sx у — — ВО, (6) где К и В - коэффициент усиления и О напряжения смещения нуля 0 усилителя 12 по входам. И 16 и 17. Аддитивные погрешности повторите" лей напряжений 0о и Ооз не присутст" 50 4 вуют в формуле и не влияют на точность устройства; что объясняется их двухкратным использованием и в режиме выборки и в режиме хранения. Мультипликативные ошибки повторителей при большом коэффициенте К также несущественны. Особенно важен эффект по; давления ошибок повторителей напря- жения в аналоговых запоминающих устройствах, рассчитанных на предельное быстродействие. При этом повторители напряжения реализуются по разомкнутой схеме и их погрешности могут достигать единиц процентов. Переключаемый усилитель 12 работает в условиях, когда напряжения на входах 16 и 17 близки к нулю, тем самым исключаются его синфазные ошибки. В режиме хранения конденсаторы 7 и 11 способны сохранять свой заряд в течение длительного времени, так как ключи 8 и 9 находятся под напряжением, близким к нулю, и их токи утечки малы. Изменение напряжений на конденсаторах 7 и 11 под действием входных токов повто" рителя напряжения 10 и переключаемого усилителя 12 взаимно компенсируют друг друга, так же как и заряды пе.реключения, проникающие на конденсаторы 7 и 1.1 из цепей управления ключами 8 и 9, что обеспечивает высокую точность хранения устройства, В устройстве существенно уменьшены динамические погрешности. Предположим, что для коэффициентов передачи К и, Кп первого 1 и второго 10 повторйте- лей напряжения в диапазоне рабочих частот выполняется условие К„„ (о3 Кв (<4 1. Это условие имеет прак- . тические основания, поскольку для повторителей с разомкнутой схемой граничная частота составляет 100 МГц и более. Тогда напряжение, до которого заряжается первый конденсатор, равно "ч ". о (e)= " . 0 где Г„ХR > "С„ Напряжение, до которого заряжа ется второй конденсатор памяти 11, определяется из выражения U Ои)-((ь„(в)-(),,(в)) —." = Съ + ег, 9667 Если цепи заряда имеют одинаковые постоянные Ф„ 5 = 6, то динамическая погрешность устройства Для сравнения с известным устройством приведем числовой пример при тех же исходных данных. Пусть Ф 50 10..с 1в f 100 кГц. Тогда согласно формуле (8) амплитудная погрешность на указанной частоте составляет 0,093, что почти на два порядка меньше, чем у прототипа. 15 Технико-экономический эффект от применения предлагаемого устройства заключается в повышении точности при сохранении высокого быстродействия. формула изобретения Аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый повторитель на"25 пряжения, вход которого соединен с выходом первого и входом второго ключей, причем вход. первого ключа явля" ется входом устройства, а выход второго ключа является выходом- устройства, выход первого повторителя напряжения соединен с первым накопи50 8 тельным элементом, например одной обкладкой первого конденсатора, другая обкладка которого соединена с входом третьего ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства,в него вве" дены второй повторитель напряжения, второй накопительный элемент, например второй конденсатор, четвертый ключ и переключаемый усилитель, первый неинвертирующий вход которого соединен с его выходом, первый инвертирующий вход переключаемого усилителя соединен с входом первого повторителя напряжения, выход третьего ключа соединен с шиной нулевого потенциала, а вход - с входом второго повторителя напряжения, выход которого соединен с вторым инвертирующим входом переключаемого усилителя и через четвертый ключ - с вторым неинвертирующим входом переключаемого усилителя и одной обкладкой второго кон денсатора, другая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала.. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США и 4063182, кл. 328-151, опублик. 1978. 2. Патент США И 4066919, кл. 307-253, опублик. 1978 (прототип). 966750 Тираж 622 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д; 4/5 Заказ 7851/69 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель Н. Дикарев Редактор К. Волощук Техред З.Палий Корректор Г. Огар
