Запоминающее устройство

Совэ СоветскикСоциаяистическикРеспублик ОП ИСАНИЕИЗЬВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(веудврстюный квектет СССР вв дмаи вэебретенвк и вткрытвй.66(088.8) Дата опубликования описания 07,05,82(54) ЗАПОИИНАЮЦЕЕ УСТРОЙСТВ Изобретение относится к запомийающим устройствам и может быть применено при построении тракта цифровой или. дискретно-аналоговой обработки видеосигнала в малокадровых телевизионных системах различного назнаце ния, например, в промышленных телевизионных установках, предназначенных для измерения размеров деталей,Известно запоминающее устройство1 О с использованием полупроводниковых.приборов, которое применяется в тракте цифровой или дискретно-аналоговой обработки видеосигнала малокадровых телевизионных систем и содер 15 жит электрически управляемый переключатель трех сигналов на одно направление, прибор с зарядовой связью, снабженный цепями входа и выхода, сумматор, две схемы выборки значений20 сигнала и их хранения, инвертирующий усилитель, и-звенный трансверсальный фильтр, усилитель с электрически управляемым коэффициентом уси ления, дифференциальный усилитель иэлектрически управляемый переключатель одного сигнала на три направления. При этом один из входов электрицески управляемого переключателятрех сигналов на одно направлениеявляется выходом устройства, на дру"гой вход подано нулевое напряжение,а на третий вход подано эталонное напряжение, Выход этого переключателяподключен ко входной цепи прибора сзарядовой связью, выходная цепь которого подключена к одному входу сумматора. Другой вход сумматора соединен с выходом инвертирующего усилителя, вход которого соединен с выходомпервой схемы выборки значений сигнала и их значения, Выход сумматорасоединен со входом и-звенного трансверсального фильтра, выход которогосоединен со входом усилителя с,электрицески управляемым коэффициентомусиления. Выход этого усилителя подключен к входу электрически управляе 92671мого переключателя одного сигнала на три направления. Один выход этого переключателя является выходом устройства, другой выход соединен с входом первой схемы выборки значений сигнала и,их хранения, а тре 1 ий выход соединен с входом второй схемы выборки значений сигнала и их хранения.Выход последней схемы подключен к инвертирующему входу дифференциального О усилителя, а на его неинвертирующий вход подано другое эталонное напряжение,. При этом выход дифференциального усилителя соединен с входом управления усилителя с электрически управ ляемым коэффициентом усиления, В этом устройстве собственно запоминающим устройством является прибор с зарядовой связью,а все остальные элементы служат для компенсации искаже- уф ний, вносимых в видеосигнал этим при. бором. В частности, и-звеннцй трансверсальный фильтр служит для коррекции неэффективности переноса заряда в приборе с зарядовой связью, инвер тирующий усилитель, сумматор и первая схема выборки значений сигнала и их хранения предназначены для компенсации температурного дрейфа сигнала в приборе с зарядовой связью, а щ усилитель с электрически управляемым коэффициентЬм усиления, дифференциальный усилитель и вторая схема выборки значений сигнала и их хранения стабилизируют коэффициент передачи сигнала в приборе с зарядовой связью 13. Основным недостатком этого цифрового запоминающего устройства является недостаточная компенсация температурного дрейфа сигнала в приборе с зарядовой связью. Нужно отметить, что температурный дрейф сигнала в приборе с зарядовой связью, снабженного цепями входа и выхода, складывается из дрейфа сигнала во входной цепи, дрейфа сигнала в самом приборе с зарядовой связью и дрейфа сигнала в выходной.цейи, из которых наиболее существенными составляющими являются первая 50 и третья, В известном устройстве для компенсации дрейфа сигнала используется эталонное напряжение, периодически пропускаемое через прибор с зарядовой связью, которое затем сравнива 55 ется с напряжением сигнала на выходе прибора с зарядовой связью, т.е, вычитается из напряжения сигнала в каж 9 4дом элементе, Таким образом, фактически цепь компенсации температурного дрейфа сигнала охватывает только выходную цепь прибора с зарядовой связью, амплитудных характеристик входной цепи и самого прибора с зарядовой связью от температуры не учитывается схемой компенсации дрейфа. Как только вследствие изменения температуры эти характеристики изменяются настолько, что входное эталонное напряжение не попадает на линейный участок характеристик цепи входа и прибора с зарядовой связью, правиль. ная работа устройства нарушается и появляются значительные искажения и дрейф сигнала.Другими недостатками устройства являются сложность и малая эффективность схемы регулирования коэффициен. та усиления, поскольку температурный дрейф коэффициента усиления прибора с зарядовой связью на несколько порядков меньше температурного дрейфа постоянного смещения, что делает не. целесообразным применение схемы регулирования усиления в случае, когда не учитываются все составляющие температурного дрейфа постоянного уровня.Известно также запоминающее устройство с использованием полупроводниковых приборов., которое содержит прибор с зарядовой связью, снабженный входной и выходной цепями и дифференциальный усилитель, При этом цепь входа сложная и содержит цепь входа и неразрушающую зарядовый пакет считывающую цепь, Входной сигнал подается на инвертирующий вход дифференциального усилителя, а его инвертирующий вход соединен с не- разрушающей зарядовый пакет считывающей цепью, а выход дифференциального усилителя соединен с цепью входа, Выходом устройства является выходная цепь прибора с зарядовой связью, Таким образом, входная цепь прибора с зарядовой связью оказывается охваченной отрицательной обратной связью, снижающей температурный дрейф сигнала во входной цепи, а также уменьшающей искажения сигнала 23.Главным недостатком этого запоминающегоустройства является недостаточная компенсация температурного дрейфа сигнала в приборе с зарядовой связью, поскольку цепью обоатной926719 5 10 15 25 30 35 40 45 50 55 связи охвачена только входная цепьприбора с зарядовой связью,а температурный дрейф сигнала в самом приборе с зарядовой связью и в его выходной цепи не компенсиоуется.Другим недостатком этого устройст.ва является узкая область применения,так как такую схему можно применитьтолько в приборах с зарядовой связью,содержащих специальную сложную входную цепь с неразрушающей зарядовыйпакет считывающей цепью,Нужно отметить, что даже комбинация двух рассмотренных аналогов необеспечивает полную компенсацию температурного дрейфа сигнала в приборес зарядовой связью, так как обе схемы коррекции, охватывая входную и выходную цепи, не охватывают самогоприбора с зарядовой .связью. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является запоминающее устройство, которое содержит прибор с зарядовой связью, снабженный цепями входа и выхода и электрически управляемый переключатель двух сигналов на одно направление, один вход которого является входом устройства, а на другой вход подано эталонное напряжение, Это запоминающее устройство содержит также две управляемые схемы фиксации и две схемы выборки значений сигнала и их хранения. При этом выход электрически управляемого переключателя двух сигналов на одно направление соедиснен со входной цепью прибора с зарядовой связью, выходная цепь которого соединена со входом первой управляемой схемы фиксации. Выход этой схемы соединен со входом первой схемы выборки значений сигнала и их хранения, выход которой соединен со входом второй управляемой схемы фиксации, выход которой соединен со входом второй управляемой схемы фиксации, выход которой соединен со входом второй схемы выборки значений сигнала и их хранения. Выход этой схемы является выходом устройства. 8 устройстве электрически управляемый переключатель двух сигналов на однб направление переключается импульсами, следующими с частотой в два раза ниже частоты элементов, при этом на выход переключателя поочередно проходят уровни сигнала и эталонные уровни. Этот составной сигнал записывается. в прибор с зарядовой связью, выполняющий функцию запоминающего устройства. С выхода прибора с зарядовойсвязью сигнал поступает на первуюуправляемую схему фиксации, затемна первую схему выборки значений сигнала и их хранения. Эти две схемывыполняют операцию двойной корректи"рованной выборки, благодаря которойснижаются шумы установки уровня транзистора сброса заряда в выходной цепиприбора с зарядовой связью, компенси"руется температурный дрейф сигналав выходной цепи, а также выделяетсяинформационная составляющая сигналаиз сложного выходного сигнала приборас зарядовой связью. На эти две схемы подаются импульсы, следующие с частотой элементов. Далее обработан-20 ный сигнал поступает на вторую управ" ляемую схему фиксации и вторую схему выборки значений сигнала и их хранения, При этом на эти две схемы подаются импульсы, следующие с частотойв два раза ниже частоты элементов,таким образом, что во время поступления напряжения элемента с эталоннымуровнем управляемая схема фиксациинаходится во включенном состоянии(т,е. ключевой каскад, осуществляющий фиксацию, открыт), а во время поступления напряжения элемента с уровнем сигнала, управляемая схема фиксации находится в выключенном состоянии. При этом фактически осуществляется вычитание из уровня сигналаэталонного уровня, что снижает темпе. ратурный дрейф выходного сигнала,поскольку разность между двумя уровнями сигнала в приборе с зарядовой связью, находящимися в пределах линейного участка сквозной амплитудной характеристики, зависит от температуры меньше, цем абсолютное зна" чение уровня 33 Основным недостатком этого запоминающего устройства является недостаточная компенсация температурно" го дрейфа сигнала в приборе с зарядовой связью, так как схема компенсации дрейфа охватывает только выходную цепь прибора с зарядовой связью. В случае изменения характеристик входной цепи и самого прибора с зарядовой связью от температуры или других воздействий (например, изменения напряжения тактового питания) присутствует ошибка температурной7 967компенсации, а при выходе эталонного 1напряжения из линейного участкасквозной амплитудной характеристикиприбора с зарядовой связью (за счетсмещения этой характеристики от температуры) появляются значительныеискажения и дрейф сигнала, что приводит к потере работоспособности,Другим недостатком этого запоминающего устройства является снижение 10информационной емкости в два раза,так как в каждый второй элемент прибора с зарядовой связью записываетсяэталонный уровень,Цель изобретения - повышение точности устройства за счет компенсациидрейфа сигнала в приборе с зарядовойсвязью, а также снижение дрейфа сигнала от различных дестабилизирующихфакторов (например, изменений напряжений тактового питания, уход тактовой частоты, старение и т.п,).Поставленная цель достигается тем,что в запоминающее устройство, содержащее первый блок памяти, первый 25вход которого соединен с выходом фиксатора уровня, элемент задержки, выход которого подключен к первомувходу фиксатора уровня, вторые входыпервого блока памяти и фиксатора 30уровня соединены соответственно спервой и втброй шинами управления,первый ключ, первый вход которогосоеди, ен с третьей шиной управления,второй вход первого ключа соединенс шиной эталонного напряжения, а третий вход первого ключа является входом устройства, второй блок памяти,первый вход которого соединен стретьей шиной управления, введенысумматор, инвертирующий усилительи второй ключ, первый выход которогоявляется выходом устройства. входвторого ключа соединен с выходом первого блока памяти, второй выходвторого ключа соединен со вторым входом второго блока памяти, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, выход первого ключасоединен с одним из выходов сумматора, другой вход которого соединен свыходом инвертирующего усилителя,выход сумматора подключен к входуэлемента задержки, второй вход второго ключа соединен с третьей шинойуправления.На фиг, 1 изображена функционапьная схема устройства; на фиг. -4 временные диаграммы, поясняющие работу устройства.11 редлагаемое устройство (фиг. 1)содержит первый ключ 1, сумматор 2,элемент 3 задержки (прибор с зарядовой связью), фиксатор 4 уровня, первый блок 5 памяти, второй ключ 6,второй блок 7 памяти, инвертирующийусилитель 8, шины 9-11 управления,на которые подаются соответственноимпульсы частоты элементов и импульсы частоты строк, и шину 12 эталонно 1го напряжения, Сумматор 2 может бытьвыполнен йа операционном усилителе.Ключи 1 и 6 могут быть выполнены наМОП-транзисторах, фиксатор 4 уровняможет быть выполнен на повторителенапряжения; МОП-транзисторе и конденсаторе,Синхронизация работы всего устройства обеспечивается синхрогенератором(не показан), который вырабатываеттакже управляющие напряжения 1 необходимые для работы прибора с зарядовой связью.Запоминающее устройство работаетследующим образом,Входной сигнал поступает черезэлектрически управляемый ключ 1 и наодин из входов сумматора 2 в течение прямого хода по строке. Коммута.ция ключа 1 осуществляется путемподачи на него строчного гасящего импульса 12. Электрически управляемыйключ 6 работает синхронно с ключом1 и на него также подается строчныйгасящий импульс 16, При этом ключи1 и 6 работают так, что во времяпрямого хода по строке входной сигнал поступает на один вход сумматора 2 через ключ 1, а сигнал с выходаблока 5 памяти поступает на выходустройства через ключ 6, Во времяобратного хода по строке ключи 1 и6 включены так, что эталонное напряжение поступает на один вход сумматора 2 через ключ 1, а выход блока 5памяти подключен ко входу блока 7 памяти ччерез ключ 6.Во время прямого хода по строке входной сигнал через ключ 1 и сумматор 2 поступает на входную цепь прибора 3 с зарядовой связью, где задерживается на требуемое время (например, на время телевизионной строки). Задержанный выходной сигнал 1. с выходной цепи прибора 3 с зарядовой связью поступает на вход Фикса.92 б 719 тора 4 уровня, на который поступают импульсы 13. Каждый элемент выходного сигнала прибора 3 с зарядовой связью состоит из трех участков.Время элемента 1 пэлектрицескогоэпсигнала содержит отрезок Ф -й, во время которого включен транзистор сброса заряда выходной цепи прибора 3 с зарядовой связью. Участок соответствует собственному напряже О нию плавающей диффузионной области прибора 3 с зарядовой связью, когда на нее еще не поступил очередной зарядовый пакет.Участок С соответствует вре мени поступления на диффузионную область зарядового пакета. Сигнальная составляющая напряжения выходной цепи содержится в разности напряжений О-О, где О- потенциал диф фузионной области, принявшей зарядовый пакет, а О - потенциал диффу-. зионной области при отсутствии зарядового пакета. Потенциал О соответствует отрицательному смещению диффу зионной области во время сброса заряда. Таким образом, фиксатор 4 осуществляет привязку сигнала во время, когда диффузионная область еше не принимает заряд, те. фактически осу- З 0 ществляет операцию вычитания О "О. С выхода фиксатора.4 сигнал поступает на блок 5 памяти, на который поступают импульсы 14 выборки. На выходе этого блока полуцается сигнал 15 об 35 работанный в виде площадок, напряжение.которых соответствует разности О-О. С выхода блока 5 памяти сигнал через клюц б поступает на выход устройства, Во время обратного хода по строке на первый вход сумматора2 поступает эталонное напряжение, В это время на выходе прибора 3 с зарядовой связью присутствует эталонное напряжение, которое записано в при бор во время предыдущего обратного хода. К этому напряжению может добавиться некоторое напряжение ошибки за счет влияния температуры и других внешних воздействий. Задержанное в.50 приборе 3 с зарядовой связью эталонное напряжение поступает через ключ б на блок 7 памяти, на который поступают импульсы 17 выборки. Во время этих импульсов эталонное напряжение, поступившее на вход блока 7 памяти запоминается и хранится все время до прихода следующего импульса. Напряжение на выходе блока 7 приведено на фиг. 3, где д О з - дрейф эталонного напряжения, С выхода блока 7 выходное эталонное напряжение поступает на инвертирующий усилитель 8, усиливающий напряжение. При этом коэффициент передачи со входа сумматора 2 на выход инвертирующего усилителя 8 при разомкнутой цепи обратной связи должен быть равен или несколько меньше единицы для обеспечения устойчивости работы устройства,.охваченного цепью обратной связи, Проинвертированное эталонное напряжение поступает с выхода усилителя 8 на другой вход сумматора 2, замыкая тем самым цепь дискретной отрицательной обратной связи. Если за счет изменения температуры эталонное напряжение, снимаемое с выходной цепи прибора 3 с зарядовой связью изменяется, то компенсирующее напряжение с противоположным знаком поступает на вход сумматора 2 и компенсирует дрейф напряжения. Зто компенсирующее напряжение запоминается на блоке 7 памяти и компенсирует дрейф за все время прохождения сигнала через прибор 3 с зарядовой связью во время прямого хода по строке. Во время следующего импульса 17 компенсирующее напряжение обновляется, учитывая дрейф, произошедший за" время очередной строки и так далее.Выходной сигнал устройства приведен на фиг. 3, где интервал времени-с соответствует времени обновления компенсирующего напряжения.Нужно отметить, цто за счет задержки в цепи обратной связи схема компенсации дрейфа реагирует только на те возмущающие действия, длительность которых превышает время телевизионной строки, однако такие факторы, как изменение температуры или изменение питающих тактовых напряжений, уход частоты тактового генератора - инерционны, например, скорость изменения температуры в реальных условиях не превышает 1 /с, поэтому период обновопения компенсирующего напряжения можно выбрать и более длительным, например, один раз за кадр или за несколько телевизионных кадров.На фиг. 4 лриведено семейство сквозных амплитудных характеристик прибора 3 с зарядовой связью в зависимости от температуры, При этом кривая 20 соответствует характеристике при некоторой средней температуре, Кривая 21 соответствует изменению ха 926719 12рактеристики при изменении температуры только эа счет нестабильности выходной цепи прибора с зарядовойсвязью, В этом случае характеристика смещается параллельно самой себев. вертикальном. направлении,Кривая 22 соответствует изменениюхарактеристики только за счет нестабильности входной цепи прибора с зарядовой свяэью. При этом характерис Отика смещается параллельно самой себе в горизонтальном направлении.устройство, построенное в соответствиис известными схемами компенсируеттолько вертикальное смещение характеристики а в случае смещения характеристики влево или вправо за счеттемпературной нестабильности входнойцепи частичная компенсация дрейфасигнала осуществляется до тех пор, 20пока эталонное напряжение О находится в пределах линейного участка характеристики. Реально дрейф входнойхарактеристики типичных входных цепей приборов с зарядовой связью соответствует величинам 10-50 мВ С, чтоозначает, что при изменении окружающей температуры на 110-ф 50 ф 1 эталонноенапряжение выйдет за пределы линей"ного участка характеристики и. устрой- Зоство потеряет работоспособность.1 редлагаемое устройство с использованием полупроводниковых приборовучитывает и вертикальное смещение характеристики (за счет использованияфиксатора 4 и блока 5 памяти) и горизонтальное смещение (за счет цепи обратной связи и выдачи на сумматор 2сигнала компенсации Оэт (фиг,) так,что входной сигнал подаваемый на 40входную цепь прибора 3 с зарядовойсвязью всегда отслеживает за горизонтальным смещением характеристики и невыходит за пределы ее линейногоучастка, 45Применение предлагаемого запомина"ющего устройства с использованием полупроводниковых приборов в трактецифровой или дискретно-аналоговойббработки видеосигнала в телевизионных системах различного назначенияпозволяет снизить температурныйдрейф дискретно-аналогового сигнала,что повышает точность выполненияопераций обработки сигнала, в частности уменьшает погрешность измерения в промышленных телевизионныхустановках, предназначенных для измерения размеров деталей, Нужно отметить, что запоминающее устройство - один из самых температурно-нестабильных узлов таких телевизионных систем, и повышение качества работы самого нестабильного узла приводит к повышению стабильности работы системы в целом, При этом может быть существенно расширен диапазон рабочих температур, особенно в области минусовых температур,. вплоть до 10-50 К, Расширение диапазона рабочих температур в плюсовую область не столь эффективно, так как этому препятствует рост темнового тока приборов с зарядовой связью при повышении температуры. Применение предлагаемого устройства обеспечивает также повышение стабильности систем по отношению к долговременным воздействиям, таким как изменение напряжений тактового питания, уход тактовой частоты, старение и т.п.Применение предлагаемого устройства обеспечивает минимальный дрейф выходного напряжения от температуры,так как цепью компенсации дрейфаохвачены все узлы прибора с зарядовой связью,Формула изобретенияЗапоминающее устройство, содержащее первый блок памяти, первый вход которого соединен с выходом фиксатора уровня, элемент задержки, выход которого подключен к первому входу Фиксатора уровня, вторые входы первого блока памяти:и Фиксатора уровня соединены соответственно с первой и второй шинами управления, первый ключ, первый вход которого соединен с третьей шиной управления, второй вход первого ключа соединен с шиной эталонного напряжения а третий вход первого ключа является входом устройства, второй блок памяти, первый вход которого соединен с третьей шиной управления, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены сумматор, инвертирующий усилитель и второй ключ, первый выход которого является выходом устройства вход второго ключа соединен с выходом первого блока памяти, второй выход второго ключа соединен со вторым входом второго блока памяти,13 926719 14выход которого соединен с входом ин". Источники информации,вертирующего усилителя, .выход перво" принятые во внимание при экспертизего ключа соединен с одним из входовсумматора, другой вход которого сое, Патент США У 4143285,динен с выходом инвертирующего усили-кл 307-221 О, опублик. 1976.теля, выход сумматора подключен к 2. Патент Великобритании У 1518131,входу элемента задержки, второй вход кл Н 0129-78, опублик. 1975.второго ключа соединен с третьей ши- , 3. Патент США У 4035629,