Аналоговое запоминающее устройство

СО)ОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 119) 111) 61 А 51)4 С 11 С 27/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ФТЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ Ф 38(088.8)свидетельство11 С 27/00,техника в автпод ред. Ю.И. Кветское радио СССР 982. атике,нева. ОМИНАЮЩЕЕ УС(57) Изобретениеавтоматики и инфотельной техники изовано для дискресигналов в процес област тносится ационно-и ожет быть мер е с а- Ж вных И ации неп их анало ци ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) АвторскоеНф 842972, кл. СЭлектроннаяСборник статейВып. 11, М,: Сс. 243, рис, 4 ового преобразования. Цель иэобреения - повышение точности досткгатся введением первого и второг двухполюсников, параллельно соединенных делителя напряжения, четвертогоключа, формирователя сигнала и управляемого фильтра. Устройство содержитключи 1-4, блок 5 сравнения, двухполюсники 6 и 7, усилитель 8, накопительный элемент на конденсаторе 9делитель 10 напряжения, шину 11 нулеваго потенциала, формирователь 12сигналов и управляемый фильтр 13. Использование устройства в составе системы сбора телеметрической информаципозволяет получить заданные точностныхарактеристики без применения предврительных усилителей в цепях низкогоуровня. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к автоматике и информационно-измерительной технике и может быть использованопри дискретизации непрерывных сигнаГ) лов,в процессе их аналого-цифрового преобразования.Известно аналоговое запоминающее устройство, которое содержит первый ключ, второй ключ, третий ключ, регу лятор уровня напряжения, соединенный с выходом выходного повторителя напряжения, причем выход регулятора уровня напряжения через второй ключ соединен со входом первого ключа, и 15 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 25 соединен с выходом выходного усилителя, а выход - с входом первого ключа.Недостатком этого устройства является сложность, и кроме того, возможность одновременного достижения высокой точности и быстроцействия ограничена из-за противоречивости требований к регулятору напряжения. 35Наиболее близким к предлагаемомуявляется аналоговое запоминающее устройство, которое содержит первый,второй и третий ключи, блок сравнения, конденсатор, первый и второйрезисторы и буферный усилитель, выходкоторого соединен со входом второгоключа и выходом устройства, неинвертирующий вход соединен с инвертирующим входом сравнивающего усилителя,выходом третьего ключа и одной обкладкой конденсатора, другая обкладкаконденсатора соединена с общим проводом, вход устройства соединен совходом первого ключа, выхоц первогоключа соединен с неинвертирующимвходом сравнивающего усилителя и выходом второго ключа, инвертирующий входбуферного усилителя через первый резистор соединен с выходом сравнивающего55усилителя и через второй резистор свыходом устройства, вход третьегоключа 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 1точности 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 выхо(1)40 09 - 0 8 ыхбх Кух где П - напряжение на конденсато 9ре 9;Бьы - напРЯжение на выхоДе бУферного усилителя 8;К - коэффициент передачи по45напряжению усилителя 8.Выходное напряжение усилителя 8 после ослабления делителем 10 и К 4 раз поступает на второй вход блока 5 сравненияТак 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 усло- вие Д вх(2) дом блока сравнения, второй вход управляемого фильтра соединен с выходомформирователя сигналов, вход которого является вторым входом устройства,5инвертирующий вход усилителя соединен с первым выходом управляемогофильтра, 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 шину11 нулевого потенциала.Устройство (фиг. 2) дополнительносодержит формирователь 12 сигналов,управляемый фильтр 13,Первый и второй двухполюсники 6и 7 могут быть выполнены в виде ключей, или в виде резисторов, напримерМОП-резисторов или в виде линейных 25резисторов.Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.В режиме выборки ключи 1-3 замкнуты, а ключ 4 разомкнут и предложенное З 0устройство работает как устройствовыборки-хранения компараторного типа.Входное напряжение Б поступает на8 хнеинвертирующий вход усилителя 8 иусиливается в К раз, Конденсатор 935через замкнутый ключ 3 заряжается донапряжения, существующего на выходеусилителя 8.61 4 где 0 - напряжение на выходе делителя 10. Так как(3) где К - коэффициент ослабления делителя 10,то условие (2) будет выполняться даже при разомкнутой цепи дифференциальной обратной связи (ДОС), если К 1 К 4При замкнутой петле ДОС изменения коэффициента передачи усилителя 8 компенсируются. Тогда из (1) 1Б =П - -=0 Кс ьх К бх У"Ьых = "с = Пьх 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 - коэффициент передачи усилиУтеля 8 по неинвертирующемувходу двухполюсника 7 призамкнутой петле ДОС.При этом конденсатор 9 будет заряжен с масштабным коэффициентом К.В режиме хранения ключи 1-3 разомкнуты, а ключ 4 замкнут, При этомглубина ДОС максимальная и устройство работает как повторитель напряжения, поступающего через двухполюсник7 на неинвертирующий вход усилителя 8с конденсатора 9,Через двухполюсник 6 на выход ключа 1 подается напряжение следящейобратной связи с выхода усилителя 8,что повышает точность в режиме хранения за счет снижения тока утечкичерез разомкнутый ключ 2. Так какразность потенциалов на разомкнутомключе 2 поддерживается минимальной,то и его ток утечки будет минимален.Ток утечки разомкнутого ключа 1 будетпри этом замыкаться на шину 11 через выходное сопротивление усилителя 8, которое может быть сделано достаточномалым.Так как конденсатор 9 заряжен смасштабным коэффициентом, то и выходное напряжение устройства равноП ьых П ьхКуз где Б - напряжение на конденсаторе 11;Б,х - напряжение на выходе усилителя 8;Ку - коэффициент передачи понапряжению усилителя 8 понеинвертирующему входупри замкнутом на шину 11нулевого потенциала егоинвертирующем входе.Выходное напряжение усилителя 8 после ослабления делителем в К в 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 20 30(2)35 Пдех где Пв - напряжение на выходе делителя 10. Так как 40и = ЦКв = П,х Ку К, (3) где К - коэффициент ослабления делителя 10,то условие (2) будет выполняться,даже при разомкнутой цепи дифференциальной обратной связи (ДОС), если1К - гКдПри замкнутой петле ДОС изменениякоэффициента передачи усилителя 8компенсируются. Тогда из (1) 50 1 5 Вх К ьх Кф Кв(4) где К - коэффициент передачи усилителя 8 по неинвертирующему входу при замкнутой петле ДОС. выборки - хранения компараторного типа. Входное напряжение 116, через замкнутые ключи 1 и 2 поступает на неинвертирующий вход усилителя 8 и усиливается в К раз. Конденсатор 95 через замкнутый ключ 3 заряжается до напряжения, присутствующего на выходе усилителя 8 При этом конденсатор 9 будет заряжен с масштабным коэффициентом КсВ 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 9Через двухполюсник б 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 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 равноПВых = Пв = 0 ех КсПовышение 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 пе 134526115 реходных процессов в устройстве и сложностью реализации. Формирование .управляющего напряжения, поступающего на управляемый фильтр 13 осущестУ5 вляется формирователем 12Делитель 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 ройства и улучшает характеристики ЭМС, 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-за35 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 усилителей в цепях низкого уровня.Формула изобретения1. 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 АР У Составитель А. В ТехредЛ.Сердюко онин1(оррект Редактор И. Сегляни Шароши Заказ 4927/51 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 587ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Раушска Подписноетета СССРытийнаб., д. 4/5