Аналоговое запоминающее устройство

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик п 11960957(511 М, Кл.з 6 11 С 27/ОО сприсоединением заявки Мо ГОсударственный комитет . СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 230 Я 82 72) Авторыизобретения Б, Козлов .и Е.И. Строк(71 ) Заявите 4 ) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТ е ью,трыхооИзобретение относится к вычисли- тельной 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 сигналов известны запоминающие устройства с использованием подвижных магнитных носителей информации (лентыт барабаны, диски), а также электроннолучевые трубки с видимьве иэображением. нако такие устройства хара тся конструктивной сложнос надежностью и высокой сто малоймастьюИзвестны также запоминающиеройство с неподвижными магнитнымианалоговыми элементами памяти,например трансфлюксорами, в котпроизводят, квантование сигналавремени, запоминание значений прцесса, собтветствующкх моментамквантования в отдельных элементпамяти Г 11Однако для записи информации вэлементы памяти применяют импульсную отрицательную связь, причемобегание элементов памяти происходитпрн наличии коммутирующих элементовв цепи записи и в цепи считываниясигнала при считывании, что снижаетбыстродействие и точность устройстНаиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяаналоговое устройство для запоминания однократных сигналов, содержащееохваченное цепью обратной связи на копительный элемент, выполненный ввиде элемента задержки, источникэталонного напряжения, соединенныйс первым входом элемента сравнения,ключи. Кроме того, устройство со держит одновибраторы, пиковый детектор. Источник эталонного напряжениявыполнен в виде генератора пилообразного напряжения, с которым в заданные интервалы времени сравнивает ся информациионный сигнал, в моментих равенства одновибратор формируетпрямоугольный импульс, записываемыйв накопительный элемент - элементзадержки. Постепенно в элемент за держки записываются импульсы одинаковой длительности на разных расстояниях один от другого. Эти расстояния несут информацию об амплитуде квантов одиночного процесса Г 23Недостатками 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 считы 20 ваиия, 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 З 5 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. 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 ловленного накоплением дополнительных носителей в объеме полупроводника и на границе кремний - двуокись кремния. Чтобы время хранения информации в ПЗС не ограничивалось 65 временем тепловой релаксации потенциальных ям, информацию нужно периодически регенерировать. Это нетрудно сделать, если информация представлена в цифровой форме. При рециркуляции чисто аналоговой информациина стабильность, линейность и другие характеристики налагаются оченьжесткие требования, Поэтому исполь- "зование ПЗС в известном устройствебез изменения его функциональнойсхемы не приведен к желаемому результату.Целью изобретения является повышение точности устройства и расширение его амплитудного динамическогодиапазона,Поставленная цель достигаетсятем, что в аналоговое запоминающееустройство, содержащее основной накопительный элемент, генератор тактовых импульсов, первый выход которогосоединен с входом Формирователяфазных напряжений, выход которогосоединен с первым входом основногонакопительного элемента, источникопорного напряжения, выход которогосоединен с первым входом блока сравнения, ключи, блок управления, первый и второй входы которого подключены к шинам управления и сброса,.введены дополнительный накопительныйэлемент, элемент И, счетчики, сумматор и усилитель, первый вход которого соединен с выходом основного накопительного.элемента и с первымвходом первого ключа, второй входпервого ключа соединен с выходом первого элемента И, выход первого ключасоединен са входом дополнительногонакопительного элемента, выход которого соединен с вторым входом блокасравнения, выход блока сравнения подключен к второму входу усилителя,выход которого соединен с первымВходом второго ключа, выход источникаспорного напряжения соединен с первым входом третьего ключа, первыйвход четвертого ключа является входом устройства, выходы второго, третьего и четвертого ключей соединены свходами сумматора, выход которогосоединен с вторым входом основногонакопительного элемента и являетсявыходом устройства, выход первогосчетчика соединен с третьим входомблока управления, первый и второйвходы первого элемента И соединенысоответственно с первым выходомвторого счетчика и с первым выходомблока управления, второй и третийвыходы которого соединены соответственно с первыми входами второгои третьего элементов И, второй входвторого элемента И соединен с первым выходом второго счетчика, второйвыход которого соединен с вторымвходом третьего элемента И, выходкоторого 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 разуют в набор из в дискретных выборок, каждая 1, (и+1), (2 п+1) дискретнаа выборка и = 1 - щ, и где К - целое число, заменяется равной по длительности выборкой эталонного напряжения. Полученную последовательность запоминают с помощью ПЗС, при считывании последовательности йз ПЗС выделяют выборку эталонно го напряжения, сравнивают ее с напряжением источника эталонного напряжения и по степени деградации выборки эталонного напряжения вырабатывают воздействие на всю последователь ность выборок, следующую за эталоа ной, компенсирующее деградацию.На фиг, 1 изображена функциональная 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 ,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), (2 п+1-м) и т.д. тактовом импульсе, на выходе сумматора 17 присутствуют выборки эталон 60 ного сигнала с длительностью, равной длительности тактового сигнала, номер которых соответствует 1, .(и+1), (2 п+1) и т.д. импульсам генератора 2 тактовой частоты. Выборки эталонного 65 напряжения поступают на вход элемента 1 и на выход устройства. Каждая из выборок эталонного напряжения появляется на выходе элемента ПЗС через время, равное вТ, где щ - число тактов переноса прибора с зарядовой связью, Т - период тактовых импульсов. Причем число и выбирается таким, чтобы = К, где К- целое число, а время иТ не превышало бы времени хранения дополнительного накопитель; ного элемента 10 при заданной точностиПри 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 6 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 20Коэффициент 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=10, в=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 14 а, 14 в, 14 г. Сигнал 14 б является разрешающим для прохождения тактовых импульсов на счетчик15, сигнал.14 а является запрещающим для прохождения импульсов на входключа 6, Передним Фронтом запрещающего сигнала 14 а счетчик 16 устанавливается в нулевое положение, Счетчик 16 вырабатывает сигналы разрешения - диаграммы 16 а для прохождения на сумматор 17 эталонного напряжения и сигнала запрета - диаграмма 16 б - для прохождения исследуемого сигнала в то время, когда на входе сумматора 17 присутствует эталонный сигнал. Счетчик 16 Формирует выходные импульсы на 1, (и+1), (2 п+1) тактовые им 960957Формула изобретения пульсы, пришедшие на него после пускового импульса. На выходе элемента13 И формируется послецовательностьтактовых импульсов, в которой 1,(и+1), (2 п+1) импульсы отсутствуют.Эта последовательность поступает науправляющий вход ключа 9 и счетчик15; Ключ 9 производит квантованиезапоминаемого аналогового сигнала по. времени, т.е. преобразование его впоследовательность импульсов, амплитуда которых соответствует мгновеннымзначениям амплитуды аналоговогосигнала в моменты времени, соответствующие наличию сигнала на управляющем входе ключа 9, Счетчик 15 имееткоэффициент пересчета (в-К). Каждыйимпульс, кратный (п-К) на входе счетчика 15, вырабатывает на его выходесигнал, который устанавливает блок14 управления в исходное положение.На. втором и четвертом выходах и блока14 управления в этот момент появляется запрещающий уровень для прохождения через ключ 8 эталонного напряжения и разрешающий уровень для прохождения через ключ 6 выходного сигналаусилителя 20 с регулируемым коэффициентом усиления. Счетчик 15 работаетровно столько времени, сколько егонеобходимо для прохождения любой выборки через ПЗС 1 с его входа на выход(ТЗц =щТ), Сигнал на первом выходеблока 14 управления (диаграмма 14 а)разрешает прохождение выборок эталонного напряжения, прошедших черезПЗС 1 в элемент 10, и в каждом периоде осуществляется корректировка коэфФициента усиления усилителя 20. Таккак ключ 7 открыт сигналом с четвертого выхода блока 14 управления (диаграф-ма 14 г), а ключи 8 и 9 закрыты,то на вход ПЗС 1, а следовательно,и на выход устройства. поступаютвыборки аналогового сигнала, задержанные на время в 1 Т. Через время щ Твыборки аналогового сигнала вновьпоявляются на выходе и т.д., т,е,циРкулируют до тех .пор, пока на шину19 не поступит сигнал "Сброс", который устанавливает устройство в первоначальное 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 устройствеформироваться автоматически путемсчета импульсов, поступающих сосчетчика 16 после прихода пусковогоимпульса и сравнения кода дополнительного счетчика 1 б с заранеее заданным кодом., Таким образом, в предложенномустройстве аналоговый сигнал хранится сколь угодно долго пока замкнута цепь обратной связи. Регенерацияинформации производится по ступенидеградации выборки эталонного напряжения, соответствующей 1, (п+1),(2 п+1) номеру импульса тактовогосигнала.Алгоритм работы предложенногоустройства не предусматривает никаких преобразований амплитуды, какэто имеет место в известном устройстве, в котором амплитуда запоминающего сигнала преобразуется во времени,Поэтому объем памяти накопительногоэлемента в предложенном устройстве 15 определяется числом квантованийзапоминающего сигнала по времени.В известном устройстве объем памяти накопительного элемента определяется произведением числа квантова ний по времени на число градацийпо амплитуде. Следовательно, в предложенном устройстве амплитудныйдинамический диапазон .сигнала не ограничивается объемом памяти, а определяется возможностями ПЗС и можетсоставлять 100. Кроме того, это позволяет увеличить количество квантований по времени определяющее точность запоми 30 нания, в число раз, равное в известном устройстве числу градаций запоминаемого сигнала по амплитуде. Яслив 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 объемпамяти, компактность, малая потребляемая мощность, точная управляемаязадержка,Использование предложенного устройства наиболее эффективно там, гденеобходимо большое число квантований4 ксигнала по времени, в частности призапоминании электрического аналогавидеоизображения (телевизионный кадр),Например, при числе разложениятелевизионного кадра на (144 232)5 О дискретных элементов и при числе градаций по амплитуде (яркости) равном 32, необходимо иметь объем памяти накопительного элемента в известном (144 х 232 32) ячеек, что является55 дорогостоящим и сложным устройством,Предложенное утсройство разработано специально для ПЗС, кОторыйпозволяет реализовать, например(144 х 232) ячеек в одном кристалле. Аналоговое запоминающее устройст 65 во, содержащее основной накопительный элемент, генератор тактовыхимпульсов, первый выход к.оторого соединен,со входом формирователя фазных,напряжений, выход которого соединенс 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 шинамуправления и сброса, о т л и ч а ю - 1 Ощ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства и расширенияего амплитудного динамического диапазона, в него введены дополнительный накопительный элемент, элементы 15И, счетчики, сумматори усилитель,первыйвход которого соединен с выходом основного накопительного элемента и с первым входом первого ключа, второй вход первого ключа соеди-нен с выходом первого элемента И,выход первого ключа соединен со входом дополнительного накопительногоэлемента, выход которого соединен совторым входом блока сравнения, выходблока сравнения подключен ко второму вхЯду усилителя, выход которого соединен спервым входом второго ключа, выход источника опорного напряжения соединенс первым входом третьего ключа, еервый 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 явля- З 5 ется выходом устройства, выход первого счетчика соединен с третьим входомблока управления, первый и второйвходы первого элемента И соединенысоответственно с первым выходом второго счетчика и с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответственнос первыми входами второго и третьегоэлементов И, второй вход второго элемента И соединен с первым выходомвторого 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 генераторатактовых импульсов и с первым входомвторого счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом блокауправления, выход второго элемента Исоединен со вторым входом третьегоключа. 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. 6 11 С 27/00, 1978 (прототип), 960957960957 ъ, цз ффФ й ьа аф Составитель А. ВоронинРедактор Г. Ус Техред А.Бабинец КорректорГ. Решетни За П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 или 7298/66 Тираж 622 ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 113035, Москва, Ж, РаПодписикомитета СССРи открытийская наб., д, 4/5