DD205276A1

DD205276A1 - Analogspeicher

Info

Publication number: DD205276A1
Application number: DD23614481A
Authority: DD
Inventors: Bernhard Racurow; Oleg S Andreev; Walerie A Kaluinjuk; Igor B Melichow
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb; Mikropripor Lwow
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1983-12-21

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Messtechnik. Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhoehung der Genauigkeit der Einrichtung. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Analogspeicher zu realisieren, der die Gruende der Nachteile der bekannten technischen Loesungen beseitigt. Erfindungsgemaess ist in den Analogspeicher ein zusaetzlicher Pufferverstaerker eingefuehrt, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgang des Eingangsverstaerkers und mit einem Belag des Speicherkondensators verbunden ist. Der invertierende Eingang ist mit dem anderen Belag des Speicherkondensators und ueber einen dritten Schalter mit Masse verbunden, und der Ausgang ist mit dem invertierenden Eingang des Eingangsverstaerkers und mit dem nichtinvertierenden Eingang des Ausgangsverstaerkers verbunden (Fig. 1). Die Erfindung findet Anwendung fuer den Aufbau von A/D-Wandlern, fuer Einrichtungen der diskreten und digitalen Filtertechnik und andere Einrichtungen, die hybride und digitale Informationsverarbeitungsmethoden benutzen.

Description

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Titel der Erfindung Analogspeicher

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Meßtechnik und ist für das Abtasten und Halten (Speichern) von Augenblickswerten von Spannungen bestimmt. Sie kann Anwendung finden für den Aufbau von Analog-Digitalwandlern, für Einrichtungen der diskreten und digitalen Filtertechnik und andere Einrichtungen, die hybride und digitale Informationsverarbeitungsmethoden benutzen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind analoge Speiohereinrichtungen, die einen Speioherkondensator enthalten, der zwischen den Ausgang des ersten Verstärkers und den Eingang des zweiten Verstärkers geschaltet wird. Dabei ist der Eingang des ersten Verstär-

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kers über die Schalter verbunden mit dem Eingang und Aus·· gang der Einrichtung (US-PS 4 066 919). Pie. Auagangsspannung jener Einrichtung verändert sich sprunghaft beim Um-? schalten von der Abtastphase in die Haltephase« Ein Teil dieses Sprunges geht über die parasitären Kapazitäten deg Schalters auf den Speicherkondensator über, was. die Genauigkeit der Einrichtung verringert.

Am nächsten zur Erfindung erscheint hinsichtlich der technischen Lösung eine Einrichtung (JU-Urh. 482 815), die einen Speioherkondensator, dessen nichtinvertierender Eingang über den ersten und zweiten Schalter mit dem Eingang und dem Ausgang der Einrichtung verbunden ist und einen Ausgangsverstärker enthält, dessen Ausgang den Ausgang der Einrichtung darstellt und dessen inventierender Eingang über Rüokkopplungselemente mit dem Ausgang des Eingangsverstärkers und dem Ausgang der Einrichtung verbunden ist. Dabei ist der eine Belag des Speicherkondensators mit Masse verbunden und der zweite mit den beiden Eingängen der Verstärker und über einen dritten Schalter mit dem Ausgang des ersten Verstärkers.

Jedoch hat eine derartige Einrichtung eine begrenzte Genauigkeit, da der Schalter, der den Speicherkondensator umschaltet, sich in Abhängigkeit von der Spannung des Eingangssignals jedes Mal unter einer anderen Steuerspannung befindet. Entsprechend ändert sich die Größe der parasitären Ladung, die in den Speicherkondensator bei Einschalten des Schalters hineingebracht wird. Das führt zu einer Vergrößerung der Ungenauigkeit in der Haltephase·

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Genauigkeit der Einrichtung.

1 A 4 3 -3 - ρ840

Darlegung des Wesens der Erfindung -

Pie Aufgabe der Erfindung besteht darin, speicher zu realisieren, der die Gründe der 4er bekannten technischen Lösungen beseitigt» pie Aufgabe wird dadurch gelösti daß in den Analoggρei-Oher ein zusätzlicher Pufferverstärker eingeführt ist, deseen nicht invertierender Eingang mit dem Ausgang des Eingangsverstärkers und mit einem Belag des Speicherkondensators verbunden ist'_t der invertierende Eingang ist mit dem anderen Belag des Speicherkondensators und über einen dritten Schalter mit Masse verbunden, und der Ausgang 1st mit dem invertierenden Eingang des Eingangsverstärkers und mit dem nichtinvertierenden Eingang des Ausgangsverstärkers verbunden.

Ausführungabe is pieI

In der Zeichnung wird die Schaltung der beschriebenen Einrichtung dargestellt.

Sie enthält den Eingangsverstärker 1, dessen niohtinvertierender Eingang über den ersten Schalter 2 und den zweiten Schalter 3 verbunden ist mit dem Eingang "I" und dem Ausgang ^w0" der Einrichtung^ einen Ausgangsverstärker 4* dessen, invertierender Eingang über die Rückkopplungselemente 5; 6 verbunden ist mit dem Ausgang des Eingangsverstärkers 1 und dem Ausgang "0" der Einrichtung, einen· Pufferverstärker 7» dessen niohtinvertierender Eingang an einen der Beläge des Speioherkondensators 8 und an den Ausgang des Eingangsverstärkers 1 angeschlossen 1st, wobei der invertierende Eingang mit dem anderen Belag des Speicherkondensators 8 und über den dritten Schalter 9 mit Masse verbunden ist und der Ausgang mit dem invertierenden Eingang des Eingangsverstärkers 1 und mit dem nichtinvertierenden Eingang des Ausgangsverstärkers 4 verbunden ist»

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614 4 3 -♦-

Die Einrichtung arbeitet auf folgende Weise: In der Abtastphase ist der zweite Schalter 3 geöffnet, während die übrigen Schalter geschlossen sind· Das Eingangssignal Uj gelangt vom Eingang "I" der Einrichtung auf den Eingang des Versträkers 1 und das Ausgangssi^gnal dieses Verstärkers gelangt zum Speicherkondenstor 8 und zum Eingang des Pufferverstärkers 7. Dabei sind der zweite Eingang des Pufferverstörkers 7 und der zweite Belag des Kondensators 8 über den Schalter 9 mit Masse verbunden. Auf diese Weise ist der Verstärker 1 Bestandteil einer negativen Rückkopplungsschleife, die über den Pufferverstärker 7 geschlossen wird und die Spannung an seinen beiden Eingängen entspricht näherungsweise der Eingangsspannung. Bei einem Verstärkungsfaktor von 1 des Pufferverstärkers 7 entspricht die Spannung des Eingangsverstärkers 1 und am Speicherkondensator auch angenähert der Eingangsspannung. Diese Spannung gelangt auf die Eingänge des Ausgangsverstärkers 4 und unter Berücksichtigung der Rückkopplungselemente 5; 6 wird sie auf seinen Ausgang übertragen, d.h. auf den Ausgang ^w0" der Einrichtung.

Auf diese Weise folgt in der Abtastphase die Spannung am Ausgang "0" der Einrichtung der Eingangsspannung. Beim Umschalten in die Haltephase werden der erste und der dritte Schalter 2; 9 geöffnet und der zweite Schalter 3 geschlossen. Der Stromkreis zur Aufladung des Speicherkondensators 8 wird unterbrochen und die Spannung am Kondensator bleibt gleich dem Augenblickswert der Spannung am Eingang "I" der Einrichtung im Augenblick des UmschaItens der Schalter 2; 3; 9· Diese Spannung wird über den Pufferverstärker 7 auf den invertierenden Eingang des Eingangsverstärkers 1 übertragen und auf den nichtinvertierenden Eingang des Ausgangsverstärkers 4· Der Eingangsverstärker ist in der Haltephase über den zweiten Schalter 3 in eine negative RUckkopplungsschleife geschaltet, die den Ausgangsverstärker 4 mit einschließt. Daher wird die Spannung an seinem nichtinvertierenden Eingang und folglich die Spannung am Ausgang "0" der Einrichtung gleich der Spannung

1 44 3 -⁵- ^P84°

am Speicherkondensator 8 werden, d.h. sie wird dem Augenblickswert der Eingangsspannung im Moment des Umschaltens der Einrichtung von der Abtastphase in die Haltephase entsprechen. Daher hängt die Spannung am Schalter S_t der den Speicherkondensator umschaltet und die sich praktisch beim Umschalten der Einrichtung von der Abtastphase in die Haltephase nicht ändertj nicht von der Größe des EingangsSignaIs ab und ist nahe dem Potential der Masseschiene. Das bedeutet, daß die Spannung^ die durch den Schalter gesteuert wird, nicht von der Größe des Eingangssignals abhängt. Die ladung^ die auf den Speicherkondensator beim Ausschalten des Schalters gebracht wird, hat immer eine konstante Größe und kann kompensiert werden. Das erhöht die Genauigkeit der Einrichtung.

Der Einfluß der nicht idealen Verstärker auf die Genauigkeit der Einrichtung wird auf die folgende Weise bestimmt. Unmittelbar vor dem Augenblick des Umschaltens der Einrichtung von der Abtastphase in die Haltephase ist die Spannung am Speicherkondensator 8 und am Ausgang des Eingangsverstärkers I gleich

π π « π A1 A1 A1A3

^uc ^uoi ^ui 1+A1A3 ⁺ 1+A1A3 ^eoi"^eO3

wobei

U - Spannung am Speicherkondensator 8

(Eingangsspannung des Pufferverstärkers 7)»

U₁ - Spannung am Eingang "I" der Einrichtung; Uq₁- Ausgangsspannung des Eingangsverstärkers 1; A1, A3 - Verstärkerfaktor des Eingangs- und des .. ,.... Pufferverstärkers 1; 7, entsprechend;

01 * ^e03 "* ^^θ °^^se"*^;sP^annunS^{en des} Eingangs- und des Pufferverstärkers 1; 7, entsprechend.

6 1 Λ 4 3 - 6 - ρ 840

Die Spannung am Ausgang des Pufferverstärkers Uq-, ist gleioh

U-U ^A1 « ^A3 , _c A1 * A3 AJ ..-(2).

^u03 I 1+A1.A3 01 1+ A1A3 ^{+ θ}03 1+Α1Α3

Nach der Umschaltung der Einrichtung in die Haltephase wird der Stromkreis zur Aufladung des Speicherkondensators 8 unterbrochen. Dazu wird der dritte Schalter 9 unterbrochen. Deshalb kann man annehmen, daß sich die Spannung am Speicherkondensator 8 und am Ausgang des Pufferverstärkers in den Grenzen der Haltezeit nicht verändert und sie wird daher nach Ausdruck (2) bestimmt. Die Ausgangsspannung des Analogspeichers in der Haltephase bestimmt eich nach folgendem Ausdruck: ₍

π =tt A1A3 /A2+A1A2 (1-077 .. _ A2 ^u0 ^UI (1 +A1 A3) /Λ +k2j3 +A1 A2*( 1 ßy ^+e02 1+A

=tt 0 ^UI (1 +A1 A3) /Λ +k2j3 +A1 A2/*( 1 -ßy ^+e02 1+A2ß +A1A2 (

Γα1 A3(A2+A1A2-A1 A2B) A1A2 (1->g) 7

01 i (1+A1A3) (1+A2Ä +A1A2-A1A2_/tf) " 1+A2y9 +A1A2-A1A2Ä /

A3 (1+AI-Aijg )

'03 (1+A1A3)(1+A2Ä

wobeif

A2 und e_Q2 " Verstärkungsfaktor und Offsetspannung des Ausgangsverstärkers 4;

β - Übertragungsfaktor vom Ausgang auf den Eingang des Verstärkers 4 über die Rückkopplungs· elemente 5; 6.

Aus Ausdruck (3) kann die Fehlerstruktür des Analogspeichers bestimmt werden. Wenn die Verstärkungsfaktoren der Eingangs- und Ausgangsverstärker 1; 4 groß sindi und der Verstärkungsfaktor des Pufferverstärkers 7 nahe Eins, (A1 A2^ 1, A3 «£ 1) und der Rüokkopplungsfaktor^ & 0,5i

3 6 1 A 4 3 - τ - ρ 840

so werden sich die Fehler^ hervorgerufen durch das Vorhandensein der Offsetspannung der Verstärker 1; 4; 7 wie folgt ergeben:

OV	^e01	(4)
02'	^2e02 A1	(5)
03^ "	^e03 A1	(6)

Damit verringert sioft des» Sijjafiuß der Qffsetspannung der Verstärker um den Verstärkungsfaktor des Eingangsverstärkers 1.

Die Ungenauigkeiti die durch die endlichen Werte der Verstärkungsfaktoren der Verstärker hervorgerufen wirdi ergibt sich zu

U₁ A1^C A1A2 A1

Daraus folgti daß der Übertragungsfehler der Einrichtung im ganzen bedeutend geringer ist als der Übertragungsfehler jedes Verstärkers im einzelnen. Das verringert die Forderungen an die Genauigkeit und die Verstärkungscharakteristiken der Eingangs-^ Ausgangs- und Pufferverstärker 1;4; 7i was die Realisierung der Einrichtung vereinfacht. Die Einführung des Pufferverstärkers und der neuen Kopplungen unterscheidet den vorgeschlagenen Analogspeicher wirkungsvoll vom Vergleichstyp durch die Gewährleistung einer erhöhten Genauigkeit und außerdem erlaubt die Konstanz der Spannung am Schalteri durch den der Speicherkondensator umgeschaltet wirdi die Anwendung eines Stromschaltersj den Verzicht auf Anpassungsschaltungen für den Pegel des EingangsSignaIes und Fehlerkompensationssohaltungen und sie gestattet es_s eine minimale Instabilität der Aperturzeit (Öffnungszeit) zu erreichen,

144 3 -⁸- ^p84°

und der Arbeitsfrequenzbereich der Einrichtung wird (durch diese) erweitert. Das alles führt zu einem nennenswerten ökonomischen Effekt bei Benutzung der Erfindung.

Claims

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3 -⁹ - ^p84°

Erfindungsanspruch

Analogspeicher, enthaltend einen Speicherkondensator, einen Eingangsverstärker, dessen nichtinvertierender Eingang Über einen ersten und einen zweiten Schalter mit dem Eingang und Ausgang der Einrichtung verbunden ist, einen Ausgangsverstärker, dessen Ausgang den Ausgang der Einrichtung darstellt^ aber der invertierende Eingang ist über Rückkopplungselemente mit dem Ausgang des Eingangsverstärkers und dem Ausgang der Einrichtung verbunden, gekennzeichnet dadurch, daß zwecks Erhöhung der Genauigkeit der Einrichtung in ihr ein zusätzlicher Pufferverstärkei$eingeführt istj dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgang des Eingangsverstärkers^/und mit einem der Beläge des Speicherkondensatorsß/verbunden ist, während der invertierende Eingang mit dem anderen Belag des Speioherkondensators und über einen dritten Schalter^/ mit der Masseschiene vereinigt ist, wobei der Ausgang mit dem invertierenden Eingang des Eingangsverstärkers und mit dem nichtinvertierenden Eingang des Ausgangsverstärkers verbunden ist.

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