Аналоговое запоминающее устройство

 

Изобретение относится к области автоматики и информационно-измери тельной техники и может быть использовано для дискретизации непрерывных сигналов в процессе их аналого-цифрового преобразования. Цель изобретения - повьшение точности достигается введением первого и второго двухполюсников, параллельно соединенных делителя напряжения, четвертого ключа, формирователя сигнала и управляемого фильтра. Устройство содержит ключи 1-4, блок 5 сравнения, двухполюсники 6 и 7, усилитель 8, накопительный элемент на конденсаторе 9, делитель 10 напряжения, шину 11 нулевого потенциала, формирователь 12 сигналов и управляемый фильтр 13. Использование устройства в составе системы сбора телеметрической информации позволяет получить заданные точностные характеристики без применения предварительных усилителей в цепях низкого уровня. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. i (Л J НИ- СА:) 4 ел tsD 05 - usttf.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU,„, 1345261

А1 (51)4 G 11 С 27/00

OIlHCAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Мх.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АSTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3302362/18-24 (22) 19.06 ° 81 (46) 15. 10.87. Бюл. Ф 38 (72) А.Б.Рубцов (53) 681.327.66(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 842972, кл. С 11 С 27/00, 1982.

Электронная техника в автоматике.

Сборник статей под ред. Ю.И.Конева.

Вып. 11, М.: Советское радио, 1980, с. 243, рис. 4 ° (54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОИСТВО (57) Изобретение относится к области автоматики и информационно-измерительной техники и мбжет быть использовано для дискретизации непрерывных сигналов в процессе их аналого-цифрового преобразования. Цель изобретения — повьппение точности достигается введением первого и второго двухполюсников, параллельно соединенных делителя напряжения, четвертого ключа, формирователя сигнала и управляемого фильтра. Устройство содержит ключи 1-4, блок 5 сравнения, двухполюсники 6 и 7, усилитель 8, накопительный элемент на конденсаторе 9, делитель 10 напряжения, шину 11 нулевого потенциала, формирователь 12 сигналов и управляемый фильтр 13. Использование устройства в составе системы сбора телеметрической информации позволяет получить заданные точностные характеристики без применения предварительных усилителей в цепях низкого уровня. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

С:

1345 2б1

Изобретение относится к автоматике и информационно-измерительной технике и может быть использовано при дискретизации непрерывных сигнаГ) лов,в процессе их аналого-цифрового преобразования.

Известно аналоговое запоминающее устройство, которое содержит первый второй ключ, третий ключ, регg- 1g лятор уровня напряжения, соединенный с выходом выходного повторителя напряжения, причем выход регулятора уровня напряжения через второй ключ соединен со входом первого ключа, и входной усилитель, первый вход которого соединен с входом устройства, второй вход — с выходом устройства и выходом выходного повторителя напряжения, вход которого соединен с накопительным элементом, например, с одной из обкладок конденсатора, и выходом первого ключа„ а другая обкладка конденсатора соединена с общим приводом, причем, вход третьего ключа Z5 соединен с выходом выходного усилителя, а выход — с входом первого ключа.

Недостатком этого устройства является сложность, и кроме того, воз- ЗО можность одновременного достижения высокой точности и быстроцействия ограничена из-за противоречивости требований к регулятору напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому является аналоговое запоминающее устройство, которое содержит первый, второй и третий ключи, блок сравнения, конденсатор, первый и второй резисторы и буферный усилитель, выход которого соединен со входом второго ключа и выходом устройства, неинвертирующий вход соединен с инвертирующим входом сравнивающего усилителя, выходом третьего ключа и одной обкладкой конденсатора, другая обкладка конденсатора соединена с общим проводом, вход устройства соединен со входом первого ключа, выхоц первого ключа соединен с неинвертирующим входом сравнивающего усилителя и выходом второго ключа, инвертирующий вход буферного усилителя через первый резистор соединен с выходом сравнивающего

55 усилителя и через второй резистор с выходом устройства, вход третьего ключа соединен с выходом сравнивающего усилителя.

Недостатком этого устройства является невысокая точность. При малых уровнях входных сигналов точность снижается из-за невозможности получения коэффициента передачи устройства больше единицы, в результате чего уровень пролезания напряжения управления ключами и собственные шумы усилителей соизмеримы с запоминаемым напряжением. Изменение уровня выходного напряжения от нуля, в режиме выборки до запоминающего уровня в режиме хранения даже при неизменном входном напряжении увеличивает время переходных процессов в цепях устройства, что снижает точность в динамическом режиме. Кроме того, наличие импульсного выходного напряжения ухудшает характеристики электромагнитной совместимости (ЭМС), что приводит к дополнительному снижению

1 точности устройства и системы, в которую оно входит.

Цель изобретейия — повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент на конденсаторе, одна из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, первый ключ которого является первым входом устройства, усилитель,неинвертирующий вход которого соединен с первым входом блока сравнения и с выходом второго ключа, вход которого соединен с выходом первого ключа, выход усилителя является выходом устройства и соединен со входом третьего ключа, выход которого соединен с другой обкладкой конденсатора, введены первый и второй двухполюсники и параллельно соединенные делитель напряжения и четвертый ключ, вход которого соединен с выходом усилителя и со входом первого двухполюсника, выход первого двухполюсника соединен со входом второго ключа, выход четвертого ключа соединен со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с инвертирующим входом усилителя, выход третьего ключа соединен со входом второго двухполюсника, выход которого соединен с неинвертирующим входом усилителя, тем, что в устройство дополнительно введены формирователь сигналов и управляемый фильтр, первый вход управляемого фильтра соединен с выхо13452 (1)

40 9 8ых 8х Ку где U — напряжение на конденсато9 ре 9;

U „„ — напряжение на выходе буферного усилителя 8;

К вЂ” коэффициент передачи по

8 45 напряжению усилителя 8.

Выходное напряжение усилителя 8 после ослабления делителем 10 и К» раз поступает на второй вход блока 5 сравнения °

Так как на первый вход блока 5 через замкнутые ключи 1 и 2 подается входное напряжение, то блок 5 будет отрабатывать напряжение рассогласования на его входах, усиливая и вводя его в инвертирующий вход усилителя 8. При этом будет выполнено условие

UA Usxx (2) дом блока сравнения, второй вход управляемого фильтра соединен с выходом формирователя сигналов, вход которого является вторым входом устройства, 5 инвертирующий вход усилителя соединен с первым выходом управляемого фильтра, второй выход которого соединен с третьим входом блока сравнения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства; на фиг. 2 — то же, вариант.

Предложенное устройство (фиг. 1) содержит ключи 1-4, блок 5 сравнения, двухполюсники 6 и 7, усилитель 8, накопительный элемент на конденсаторе 9, делитель 10 напряжения и шину

11 нулевого потенциала.

Устройство (фиг. 2) дополнительно содержит формирователь 12 сигналов, управляемый фильтр 13.

Первый и второй двухполюсники 6 и 7 могут быть выполнены в виде ключей, или в виде резисторов, например

МОП-резисторов или в виде линейных 25 резисторов.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

В режиме выборки ключи 1-3 замкнуты, а ключ 4 разомкнут и предложенное З0 устройство работает как устройство выборки-хранения компараторного типа.

Входное напряжение U поступает на

8х неинвертирующий вход усилителя 8 и усиливается в К раз. Конденсатор 9

35 через замкнутый ключ 3 заряжается до напряжения, существующего на выходе усилителя 8.

4 где U„— напряжение на выходе делителя 10.

Так как (3) Usi где К вЂ” коэффициент ослабления де* лителя 10, то условие (2) будет выполняться даже при разомкнутой цепи дифференциальной обратной связи (ЛОС), если К

К4

При замкнутой петле ДОС изменения коэффициента передачи усилителя 8 компенсируются. Тогда из (1) 1

U = U - — - = U . К вх К бх у (4) Вых с Ь

Устройство (фиг. 2) работает следующим образом.

В режиме выборки ключи 1-3 замкнуты, а ключ 4 разомкнут и предложенное устройство работает как устройство где К вЂ” коэффициент передачи усилиу теля 8 по неинвертирующему входу двухполюсника 7 при замкнутой петле ДОС.

При этом конденсатор 9 будет заряжен с масштабныч коэффициентом К.

В режиме хранения ключи 1-3 разомкнуты, а ключ 4 замкнут. При этом глубина ДОС максимальная и устройство работает как повторитель напряжения, поступающего через двухполюсник

7 на неинвертирующий вход усилителя 8 с конденсатора 9.

Через двухполюсник 6 на выход ключа 1 подается напряжение следящей обратной связи с выхода усилителя 8, что повышает точность в режиме хранения за счет снижения тока утечки через разомкнутый ключ 2. Так как разность потенциалов на разомкнутом ключе 2 поддерживается минимальной, то и его ток утечки будет минимален.

Ток утечки разомкнутого ключа 1 будет при этом замыкаться на шину 11 через выходное сопротивление усилителя 8, которое может быть сделано достаточно малым.

Так как конденсатор 9 заряжен с масштабным коэффициентом, то и выходное напряжение устройства равно

1345261

П sb(» 06» Ку где U — напряжение на конденсато 1 ре 11;

U — напряжение на выходе усилителя 8;

К вЂ” коэффициент передачи по напряжению усилителя 8 по неинвертирующему входу при замкнутом на шину 11 нулевого потенциала его инвертирующем входе.

Выходное напряжение усилителя 8 после ослабления делителем в К раз поступает на второй вход блока 5.

Так как на первый вход блока 5 через замкнутые ключи 1 и 2 подается входное напряжение, то блок 5 сравнения будет отрабатывать напряжение рассогласования, усиливая его в К раз, вводя через управляемый фильтр 13 на инвертирующий вход усилителя 8. При этом будет выполняться условие

25

30 (2)

Пд Пах где U — напряжение на выходе делителя 10.

Так как

U> = Пьы„ Kh = П х К v Кд (3) где К вЂ” коэффициент ослабления деА лителя 10, то условие (2) будет выполняться, даже при разомкнутой цепи дифференциальной обратной связи (ДОС), если

К вЂ” г

К

При замкнутой петле ДОС изменения коэффициента передачи усилителя 8 компенсируются. Тогда из (1) 45

5х К ьх

Кв (4) 55 где К вЂ” коэффициент передачи усилителя 8 по неинвертирующему входу при замкнутой петле

ДОС. выборки — хранения компараторного типа. Входное напряжение U, через замкнутые ключи 1 и 2 поступает на неинвертирующий вход усилителя 8 и усиливается в К раз. Конденсатор 9

5 через замкнутый ключ 3 заряжается до напряжения, присутствующего на выходе усилителя 8

При этом конденсатор 9 будет заряжен с масштабным коэффициентом К с

В режиме хранения ключи 1-3 разомкнуты, а ключ.4 замкнут. При этом

-глубина ДОС максимальна и устройство работает как повторитель напряжения, поступающего через двухполюсник 7 на неинвертирующий вход усилителя 8 с конденсатора 9 °

Через двухполюсник б на выход ключа 1 подается напряжение следящей обратной связи с выхода усилителя 8, что повышает точность в режиме õðàнения за счет снижения тока утечки через разомкнутый ключ 2. Так как разность потенциалов на разомкнутом ключе 2 поддерживается минимальной, то и его ток утечки будет минимален.

Ток утечки разомкнутого ключа 1 будет при этом замыкаться на шину 11 нулевого потенциала через выходное сопротивление усилителя 8, которое может быть сделано достаточно малым.

Так как конденсатор 9 был заряжен с масштабным коэффициентом К, то и выходное напряжение устройства равно 6ых = Ug = Пех

Повышение запоминаемого на конденсаторе 9 напряжения, по сравнению со входным, позволяет снизить влияние собственных шумов блока 5 сравнения и усилителя 8 в режиме хранения снизить относительный уровень пролезания напряжения управления ключами

1-4, что повышает точностные характеристики устройства в динамическом режиме.

Управляемый фильтр 13, амплитудно-частотная характеристика которого управляется синхронно с переходом из режима выборки в режим хранения и обратно, изменяет глубину ДОС в частотном диапазоне.

В режиме выборки полоса пропускания управляемого фильтра 13 расширяется, обеспечивая минимальное время выборки.

В режиме хранения полоса пропускания сужается, обеспечивая минимальный уровень шумов в выходном напряжении устройства. Закон изменения амплитудно-частотной характеристики управляемого фильтра 13 выбирается на основе компромисса между точностью и временем процесса выборки, шумами в режиме хранения, временем установления пе1345261

15 реходных процессов в устройстве и сложностью реализации. Формирование .управляющего напряжения, поступающего на управляемый фильтр 13 осущестУ

5 вляется формирователем 12 °

Делитель 10 напряжения может быть выполнен частотозависимым, с подъемом высоких частот, что позволяет, за счет снижения требований к макси мально допустимому размаху дифференциального входного напряжения блока

5 сравнения, оптимизировать его по быстродействию, напряжению смещения нуля и шумам, что, в свою очередь, повышает точностные характеристики устройства. Выходное напряжение устройства, при неизменном входном, также остается неизменным, повторяя изменения входного напряжения с масштабным коэффициентом К. Отсутствие явления избыточного расширения динамического диапазона выходного сигнала, по сравнению со входным, снижает время установления в цепях уст- 25 ройства и улучшает характеристики

3МС, что повышает точность устройства и системы в целом, в которой это устройство применяется.

В качестве двухполюсников 6 и 7 могут быть использованы ключи, коммутируемые противофазно ключам 1-3 (при этом достигается высокое быстродействие устройства, но, как правило, с увеличением погрешности из-за

35 пролезания напряжений управления этими ключами); нелинейные, например

МОП-резисторы (при этом упрощается реализация устройства, особенно в интегральном исполнении, при удовлетворительном выполнении компромисса между быстродействием и точностью, а также линейные резисторы, величина сопротивления которых выбирается на основе компромисса между допустимыми снижением входного сопротивления устройства и увеличением времени переходных процессов, т.е. снижением быстродействия (при этом при выполнении устройства по гибридно-пленочной технологии или на дискретных компонентах упрощается его реализация и повышается надежность).

Применение предложенного устройства в составе системы сбора телеметрической информации позволяет получить заданные точностные характеристики без применения предварительных

Ъ усилителей в цепях низкого уровня.

Формула изобретения

1. Аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент на конденсаторе, одна из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, первый ключ, вход которого является первым входом устройства, усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с первым входом блока сравнения и с выходом второго ключа, вход которого соединен с выходом первого ключа, выход усилителя является выходом устройства и соединен с входом третьего ключа, выход которого соединен с другой обкладкой конденсатора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены первый и второй двухполюсники и параллельно соединенные делитель напряжения и четвертый ключ, вход которого соединен с выходом усилителя и входом первого .двухполюсника, выход первого двухполюсника соединен с входом второго ключа, выход четвертого ключа соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с инвертирующим входом усилителя, выход третьего ключа соединен с входом второго двухполюсника, выход которого соединен с неинвертирующим входом усилителя.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в него дополнительно введены формирователь сигналов и управляемый фильтр, первый вход управляемого фильтра соединен с выходом блока сравнения, второй вход управляемого фильтра соединен с выходом формирователя сигналов, вход которого является вторым входом устройства, инвертирующий вход усилителя соединен с первым выходом управляемого фильтра, второй выход которого соединен с третьим входом блока сравнения.

1345261 фиР 1

Составитель А. Воронин

ТехредЛ.Сердюкова Корректор M. Шароши

Редактор И. Сегляник

Заказ 4927/51

Тираж 587 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