DE2658650A1

DE2658650A1 - Analoge aufsummierende speichereinrichtung

Info

Publication number: DE2658650A1
Application number: DE19762658650
Authority: DE
Inventors: Shunji Minami
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-12-26
Filing date: 1976-12-23
Publication date: 1977-07-07
Also published as: US4099251A; CA1066420A; JPS5280761A; JPS5926068B2

Description

Die Erfindung betrifft eine analoge aufsummierende Speichereinrichtung.

Bisher waren alle aufsummierenden Speicherwerke vom digitalen Typ, der aus digitalen Registern und Addierern besteht. Hingegen sind bisher keine analogen aufsummierenden Speicherwerke entworfen und gezeigt worden.

Die Erfindung soll daher in erster Linie eine analoge aufsummierende Speichereinrichtung schaffen₃ die analoge Größen

viii/h 709827/0733

»(089) 988272 Mauerkircherstr. 45 -TO» München 8T Banken:

988273 Telegramme: Bayensche Vereinsbank München 453100

983310 TELEX: 0524560 BERGd Postscheck München 65343-808

aufsummieren kann. Eine solche Einrichtung wird zukünftig eine sehr wichtige und nützliche Rolle bei analogen Systemen und Rechenvorgängen spielen.

Die Erfindung schafft daher eine analoge aufsummierende Speichereinrichtung, die eine Inverterschaltung mit Einheitsverstärkung und einen Differentialverstärker mit Einheitsverstärkung, dessen nichtinvertierender Eingang an eine äußere Eingangsklemme und dessen invertierender Eingang an den Ausgang der Inverterschaltung angeschlossen ist, aufweist. Sie weist ferner eine erste analoge Spannungsspeichereinrichtung auf, deren Eingangsklemme an den Ausgang des Differentialverstärkers angeschlossen ist, wodurch eine Ausgangsspannung, die gleich groß wie eine Eingangsspannung ist, gewonnen werden kann und an einem ihrer Ausgänge gehalten werden kann. Sie weist weiter eine zweite analoge Spannungsspeichereinrichtung auf, deren Eingangsklemme an den Ausgang der ersten analogen Spannungsspeichereinrichtungangeschlossen ist, wodurch eine Ausgangsspannung gleicher Größe wie eine Eingangsspannung abgeleitet und an einer ihrer Ausgangsklemmen gehalten werden kann. Sie weist weiter eine Einrichtung zum Anlegen eines Treibsignals auf, um abwechselnd ein Treibsignal an die Steuereingänge der erstai und der zweiten Spannungsspeichereinrichtung zu legen, wodurch eine analoge Größe, die an die äußere Eingangsklemme ge-

709827/0733

legt wird, aufsummiert werden kann. Die Erfindung schafft also eine analoge aufsummierende Speichereinrichtung der Art, die eine erste und zweite analoge Spannungsspeichereinrichtung aufweist, die jede eine Ausgangsspannung halten können, die gleich einer Eingangsspannung ist. Der Ausgang eines Inverters mit Einheitsverstärkung und eine äußere Eingangsklemme sind an den invertierenden bzw. nichtinvertierenden Eingang eines Differentialverstärkers mit Einheitsverstärkung angeschlossen, dessen Ausgang an die Eingangsklemme der ersten analogen Spannungsspeicherung angeschlossen ist, deren Ausgang an die Eingangsklemme der zweiten analogen Spannungsspeichereinrichtung angeschlossen ist, deren Ausgang wiederum an den invertierenden Eingang des Inverters angeschlossen ist. Zum abwechselnden Anlegen eines Steuersignals an Steuereingangsklemmen der ersten und zweiten analogen Spannungsspeichereinrichtung ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, wodurch eine analoge Größe, in diesem Falle eine Spannung, an der äußeren Eingangsklemme zur Summe der in der aufsummierenden Einrichtung gespeicherten analogen Größen hinzuaddiert werden kann. Die Erfindung schafft also den ersten analogen aufsummierenden Speicher.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben, auf die wegen ihrer großen Klarheit und Übersichtlichkeit bezüglich der Offenbarung ausdrück-

- H-

709827/0733

lieh hingewiesen wird.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen analogen aufsummierenden Speichereinrichtung;

Fig. 2 zeigt das Schaltbild einer analogen Spannungsspeichereinrichtung, die in der Ausführungsform der Fig. 1 benutzt wird;

Fig. 3 ¹^a), (b) und (c) zeigen die Impulsform eines analogen Einganssignals, das aufsummiert werden soll bzw. Steuersignale bzw. Ausgangssignale, die zur Erklärung der Erfindung dienen;

Fig. h zeigt das Schaltbild einer anderen bevorzugten Ausführungsform einer analogen Spannungsspeichereinrichtung, die in der Erfindung benutzt wird; und Fig. 5 zeigt das Schaltbild eines elektronischen Schalters, der bei der analogen Spannungsspeichereinrichtung der Erfindung benutzt wird.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer analogen aufsummierenden Speichereinrichtung, die im allgemeinen einen Inverter 10 mit Widerständen U, 12 und 13 und einen Funktionsverstärker 14 aufweist. Sie weist ferner einen Differentialverstärker 15 mit Widerständen 16 bis 19 und einen Funktionsverstärker 20 auf; ferner eine erste und

709827/0733

_ Gf M

eine zweite analoge Spannungsspeichereinrichtung 22 bzw. 23; ferner eine Schalteinrichtung 26 wie z.B. einen einpoligen Schalter, einen zweipoligen Schalter oder ein Relais. Die Punkt ions verstärker 1*1 und 20 und die erste und zweite analoge Spannungsspeichereinrichtung 22 und 23 sind an eine positive und eine negative Spannungsversorgung V und V angeschlossen.

Der Ausgang des Funktionsverstärkers 1*1 oder der Inverter 10 ist über den Eingangswiderstand 16 an den invertierenden Eingang 20b des Funktionsverstärkers 20 angeschlossen, dessen Ausgangssignal an die Eingangsklemme der ersten analogen Spannungsspeichereinrichtung 22 angelegt ist, deren Ausgangssignal wiederum an den Eingang der zweiten analogen Spannungsspeichereinrichtung 23 angelegt ist. Das Ausgangesignal der zeiten analogen Spannungsspeichereinrichtung 23 ist wiederum über den Eingangswiderstand 11 an den invertierenden Eingang l4b des Funktionsverstärkers 14 angelegt. Die Schalteinrichtung 26 verbindet die'positive Spannungsversorgung V abwechselnd mit einem der Steuereingänge 24 oder 25 der ersten oder zweiten analogen Spannungsspeichereinrichtung 22 bzw. 23 zu einem weiter unten zu beschreibenden Zweck.

Ein nichtinvertierender Eingang I¹Ja des Funktionsver-

- 6 709827/0733

— K ~

stärkers Ik ist über den Widerstand 13 geerdet, und ein nichtinvertierender Eingang 20a des Punktionsverstärkers 20 ist nicht nur über den Widerstand 19 geerdet, sondern auch an einen äußeren oder Addiereingang 21 angeschlossen.

Die erste und die zweite analoge Spannungsspeichereinrichtung 22 und 23 stimmen, wie Fig. 2 zeigt, im Aufbau überein. Eine Eingangsklemme 37, die an den Ausgang des Punktionsverstärkers 20 bzw. die erste analoge Spannungsspeichereinrichtung 22 abgeschlossen ist, ist an einen nichtinvertierenden Eingang 27a eines Punktionsverstärkers 27 angeschlossen, dessen Ausgang über einen Eingangswiderstand 28 an den beweglichen Kontakt eines Reed-Relais 29 angeschlossen ist. Der feste Kontakt des Reed-Relais ist an die Steuerelektrode eines MOS-Feldeffekfctransistors 30 angeschlossen, dessen Senke an die positive Spannungsversorgung V und dessen Quelle an die negative Spannungsversorgung V~ über einen Ausgangswiderstand 32, sowie an eine Ausgangsklemme 38 und an den invertierenden Eingang 27b des Punktionsverstärkers 27 angeschlossen sind. Eine Steuerklemme 36, die an die Klemmen 2k bzw. 25 angeschlossen ist, ist an die Verbindung zwischen den einen Enden von Widerständen 3k und 35 angeschlossen, und das andere Ende des Widerstandes 3k ist an die Basis eines Schalttransistors 33 angeschlossen. Der Kollektor des Schalttransistors 33 ist über die Spule eines Reed-Relais 29 an die positive Spannungsversorgung V⁺ an-

709827/0733

geschlossen. Ein ungepolter Kondensator 31 ist zwischen die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 30 und den Emitter des Schalttransistors 33 geschaltet, wobei der Emitter wiederum an das andere Ende des Widerstandes 35 angeschlossen und gleichzeitig geerdet ist.

Eine Eingangsspannung Vi, die an die Eingangsklemme 37 der analogen Spannungsspeichereinrichtung 22 oder 23 mit obigem Aufbau angelegt wird, ergibt eine Quellenfolgeausgangsspannung Vo an der Ausgangsklemme 38, welche Ausgangsspannung Vo an die Eingangsklemme der zweiten analogen Spannungsspeichereinrichtung 23 oder den invertierenden Eingang l4b des Funktionsverstärkers 14 angelegt wird. Wenn die Eingangsspannung Vi größer ist als die Ausgangsspannung Vo, ist das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers 27 positiv. Mittlerweile versetzt ein Steuersignal an der Steuereingangsklemme 36 den Schalttransistor 33 in den leitenden Zustand, so daß ein Strom durch die Spule des Reed-Relais 29 fließt und seine Kontakte schliessen läßt. Das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers 27 wird also an den Kondensator 31 und die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 30 angelegt, so daß der Kondensator 31 geladen wird und der Transistor 30 leiten kann, wenn er gesperrt war, und die Ausgangsspannung ansteigt. Wenn die Ausgangsspannung Vo gleich der Eingangsspannung Vi wird, wird das Laden des Kondensators 31 unterbrochen und nach Entfer-

709827/0733

nung des Steuersignals bei 36 kann die Beziehung Vl=Vo gehalten werden. Wenn andererseits die Eingangsspannung Vi niedriger ist als die Ausgangsspannung Vo, ist das Ausgangssignal des FunktionsVerstärkers 27 negativ und der Kondensator 31 wird entladen, wenn die Kontakte des Reed-Relais 29 auf ein Steuersignal wie oben geschlossen werden, so daß die Ausgangsspannung vermindert wird, bis Vi = Vo. Dann wird das Entladen des Kondensators 31 unterbrochen und die Beziehung Vi = Vo kann gehalten werden.

Im folgenden wird mit Bezug auf Fig. 1 die Arbeitsweise der analogen aufsummierenden Speichereinrichtung beschrieben. Eine Ausgangsspannung Vb der zweiten analogen Spannungsspeichereinrichtung 23, die an den invertierenden Eingang lHb des Funktionsverstärkers llJ im Inverter IO angelegt wird, ergibt einen Ausgang el, das heißt

R2

el = - -Vb
Rl

wobei Rl und R2 = Widerstandswerte der Widerstände 11 bzw. 12. Wenn Rl = R2, ist die Verstärkung gleich 1, so daß

el = - Vb (1)

Auf ein äußeres Eingangssignal oder Addendum e2 am nicht invertierenden Eingang 20a und auf das Ausgangssignal el

709827/0733 " ⁹ "

am invertierenden Eingang 20b des FunktionsVerstärkers 20 im Differentialverstärker 15, wird ein Ausgangssignal eO gewonnen, das durch

_n R7 R4+R5 ο R5 ^{e0 =} MTR7 * "RF"² * ^e2 - M ' ^el

gegeben ist, wobei R4 bis R7 = Werte der jeweiligen Widerstände 16 bis 19. Wenn R*J = R5 = R6 = R7, ist die Verstärkung eins. Deswegen gilt

eO = e2 - el (2)

Es sei angenommen, daß wenn die Schalteinrichtung 26 den Kontakt 25 der zweiten analogen Spannungsspeichereinrichtung 23 schließt, eine Ausgangsspannung Vb der ersten analogen Spannungsspeichereinrichtung 22 bei dem Werte El gehalten werde. Wenn dann die Schalteinrichtung 26 den Kontakt 25 öffnet und den Kontakt 2²I der ersten analogen Spannungsspeichereinrichtung 22 schließt, wird eine Aus-, gangsspannung Vb der zweiten analogen Spannungsspeichereinrichtung 23 gleich der Ausgangsspannung Vb(hier El) der ersten analogen Spannungsspeichereinrichtung 22 gehalten. Daher folgt aus Gleichungen (1) und (2), daß das Ausgangssignal eO des Differentialverstärkers 15 durch

eO = e2 - (-El) = e2 + El

- 10 -

709827/0733

gegeben ist. * Λ3 *

Wenn der Schalttransistor 33 angeschaltet ist, so daß das Reed-Relais 19 geschossen ist, liefert die erste analoge Spannungsspeichereinrichtung 22, die ein Spannungsfolger ist, der (im wesentlichen) aus dem Punktionsverstärker 27 und dem Feldeffekttransistor 33 (siehe Fig^:. 2) besteht, ein Ausgangssignal Va

Va = e2 + El

Wenn die Schalteinrichtung 26 den Kontakt 2k öffnet während sie den Kontakt 25 schließt, hält die erste analoge Spannungsspeichereinrichtung 22 das Ausgangssignal Va = e2 + El, während die zweite analoge Spannungsspeichereinrichtung eine Ausgangsspannung Vb = e2 + El abgibt.

Auf das nächste äußere Eingangssignal oder Addendum e2' läuft derselbe Kreislauf ab, so daß

Va = El + e2 + e2' .

So werden jedesmal wenn die Schalteinrichtung (26) den Kontakt der ersten analogen Spannungsspeichereinrichtung 22 schließt, äußere oder aufzusummierende Eingangssignale nacheinander aufsummiert. Wenn jedoch ein äußeres Eingangssignal negativ

-11 -

709827/0733

2 6 S 3 6 5

ist, wird es von der in der aufsummierenden Speichereinrichtung gespeicherten Summe abgezogen.

Auf die in Figur 3b gezeigten Steuersignale hin wird also das äußere Eingangssignal el aus Figur 3a aufsummiert, so daß die Ausgangsspannung Va der ersten analogen Spannungsspeichereinrichtung 22 sich wie Fig. 3c zeigt ändert.

Fdg. 4 zeigt das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer analogen Spannungsspeichereinrichtung, die in der erfindungsgemäßen analogen aufsummierenden Speichereinrichtung benutzt werden kann. Eine Eingangsklemme 39 ist über ein Reed-Relais 40 an den nichtinvertierenden Eingang 4la eines Funktionsverstärkers 4l angeschlossen, und ein Kondensator 42 ist zwischen den nicht invertierenden Eingang 4la und Erde geschaltet. Eine Steuereingangsklemme 44 ist über einen Widerstand 45 an die Basis eines Schalttransistors 46 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 46 ist an die positive Spannungsquelle V⁺ über die Spule des Reed-Relais 40 angeschlossen und sein Emitter geerdet. Auf ein Steuersignal an der Steuereingangsklemme 44 kann der Schalttransistor 46 leiten, so daß die Spule des Reed-Relais 40 erregt wird um seine Kontakte zu schließen. Folglich wird der Kondensator 42 bis zur Höhe einer an die Eingangsklemme 39 angelegten

- 12 -

709827/0733

Spannung aufgeladen und die Spannung am Kondensator 42 wird in eine Ausgangsspannung an einer Ausgangsklemme 43 des FunktionsVerstärkers 41 übertragen, der ein Spannungsfolger ist. Die Größe der Ausgangsspannung bei 43 ist gleich der der Spannung am Kondensator 42. Der Kondensator 42 erleidet wegen der sehr hohen Eingangsimpedanz des Funktionsverstärkers 4l und dem praktisch unendlichen Widerstand des offenen Reed-Relais 4θ keine Ladungsverluste. _k .--"-.

In den analogen Spannungsspeichereinrichtungen nach Fig. 2 und 4 werden Reed-Relais 29 bzw. 40 benutzt, aber es kann auch ein elektronischer Schalter, wie z.B. in Figur 5» benutzt werden. Er besteht aus 2 Transistoren 47 und 48, einem MOS-Feldeffekttransistor 53 und Vorspannungswiderständen 49 bis 52. Auf ein Steuersignal an der Steuereingangsklemme 54 wird der Feldeffetötransistor 53 angeschaltet.

Die oben beschriebene Erfindung liefert die erste analoge aufsummierende Speichereinrichtung, die rein analoge Größen mit Hilfe von Schalteinrichtungen aufsummieren und halten kann. Diese Einrichtung wird eine sehr nützliche Rolle in zukünftigen Analogrechnern spielen und ein weites Feld nützlicher Anwendungen finden.

- Patentansprüche 7 0 9 8 2 7/0733

Claims

Patentansprüche:

1. Analoge aufsummierende Speichereinrichtung, gekennzeichnet durch

a) eine Inverterschaltung (10) mit der Verstärkung eins

b) einen Differentialverstärker (15) mit der Verstärkung eins und einem nichtinvertierenden Eingang (20a), der an eine äußere Eingangsklemme (21) angeschlossen ist und einem invertierenden Eingang (20b), der an den Ausgang der Inverterschaltung angeschlossen ist,

c) eine erste analoge Spannungsspeichereinrichtung (22), deren Eingang (37) an den Ausgang des Differentialverstärkers (15) angeschlossen iet, wodurch eine Ausgangsspannung in gleicher Höhe wie eine Eingangsspannung gewinnbar und an einem Ausgang (38) haltbar ist,

d) eine zweite analoge Spannungsspeichereinrichtung (23), deren Eingang (37) an den Ausgang (38) der ersten analogen Spannungsspeichereinrichtung (22) angeschlossen ist, wodurch eine Ausgangsspannung in gleicher Höhe wie eine Eingangsspannung gewinnbar und an einem Ausgang der zweiten analogen Spannungsspeichereinrichtung haltbar iet, und

e) eine Einrichtung (26) zum Anlegen eines Treibsignals um abwechselnd ein Treibsignal an entweder den einen (2*0 oder den anderen (25) Steuereingang der ersten (22)

709827/0733

- 14 -

ORIGINAL INSPECTED

26R865Q

bzw. zweiten (23) analogen Spannungsspeichereinrichtung anzulegen.

2. Analoge aufsummierende Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste (22) als auch die zweite (23) analoge Spannungsspeichereinrichtung folgendes aufweisen:

a) einen Funktionsverstärker (27) mit einem nicht invertierenden Eingang (27a)jan den ein Eingangssignal angelegt wird,

b) eine Schalteinrichtung (29), deren eines Ende über einen Eingangswiderstand (28) an den Ausgang des FunktionsVerstärkers (27) angeschlossen ist,

c) einen MOS-Feldeffekttransistor (30), dessen Steuerelektrode an das andere Ende der Schalteinrichtung (29) angeschlossen ist und dessen Quelle an den invertierenden Eingang (27b) des FunktionsVerstärkers (27) angeschlossen ist,

d) einen ungepolten Kondensator (3D, der zwischen die Steuerelektrode des MOS-Feldeffekttransistors (30) und Erde geschaltet ist und

e) einen Ausgangswiderstand (32) der zwischen die Quelle des MOS-Feldeffekttransistors (30) und eine negative Spannungsversorgung geschaltet ist.

- 15 -

709827/0733

■ - 45 -

•3.

3. Analoge aufsummierende Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste (22) als auch die zweite (23) analoge Spannungsspeichereinrichtung folgendes aufweisen:

a) eine Schalteinrichtung (40), deren eines Ende an eine Eingangsklemme (39) angeschlossen ist,

b) einen FET-Eingangs-Funktionsverstärker (41), dessen niehtinvertierender Eingang (4la) an das andere Ende der Schalteinrichtung (40) angeschlossen ist und dessen Ausgang an seinen invertierenden Eingang (4Ib) angeschlossen ist und

c) einen ungepolten Kondensator (42), der zwischen den niehi^invertierenden Eingang (4la) des Funktionsverstärkers (4l) und Erde geschaltet ist.

4. Analoge aufsummierende Speichereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (29,40) aus einem elektrisch hoch isolierenden Reed-Relais oder einem Schalter besteht, dereinen MOS-Feldeffekttransistor

(53) enthält.

709827/0733