RU2580039C1 - Sample and hold device - Google Patents

Sample and hold device Download PDF

Info

Publication number
RU2580039C1
RU2580039C1 RU2015114023/08A RU2015114023A RU2580039C1 RU 2580039 C1 RU2580039 C1 RU 2580039C1 RU 2015114023/08 A RU2015114023/08 A RU 2015114023/08A RU 2015114023 A RU2015114023 A RU 2015114023A RU 2580039 C1 RU2580039 C1 RU 2580039C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
operational amplifier
sampling
converter
Prior art date
Application number
RU2015114023/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Бондарь
Мария Сергеевна Жаворонкова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет"
Priority to RU2015114023/08A priority Critical patent/RU2580039C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2580039C1 publication Critical patent/RU2580039C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention can be used in analog systems to digital signal processing. Technical result is achieved due to sample and hold that comprises two operational amplifiers, two analog switches, two diodes, resistor converter positive capacitance two pulse shaper and delay element, wherein the converter positive capacitance comprises a capacitor, two operational amplifiers, and four resistors.
EFFECT: technical result is to reduce sampling time while ensuring a given accuracy of memorization.
2 cl, 5 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано в аналого-цифровых системах обработки сигналов.The invention relates to automation and measurement technology and can be used in analog-to-digital signal processing systems.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство выборки и хранения, содержащие аналоговый ключ, два повторителя на операционных усилителях, конденсатор хранения, резистор цепи обратной связи, резистор ограничения, два встречно включенных диода, причем когда аналоговый ключ находится в замкнутом состоянии (режим запоминания), потенциал выхода первого операционного усилителя, вследствие действия общей отрицательной обратной связи устанавливается таким, что выходное напряжение отличается от входного на величину напряжения смещения первого операционного усилителя. При этом смещение, возникающее из-за наличия коммутатора (ключа) и второго операционного усилителя, сводится к нулю. Диоды в этом состоянии схемы заперты, так как падение напряжения на них, равное указанному смещению, достаточно мало (меньше 20 мВ). При размыкании ключа управляющим сигналом выходное напряжение остается неизменным. Резистор цепи обратной связи и диоды предотвращают насыщение первого операционного усилителя, которое могло бы возникнуть из-за размыкания общей отрицательной обратной связи в этом режиме. Это снижает время переходного процесса при замыкании ключа. Первый операционный усилитель обеспечивает высокое входное сопротивление устройства выборки и хранения ([1, с. 102, рис. 3] - Жаворонкова М.С., Бондарь С.Н. Разработка быстродействующего устройства выборки и хранения повышенной точности // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве: сб. науч. тр. по материалам 75-й научно-практической конференции электроэнергетического факультета СтГАУ. - Ставрополь: АГ-РУС, 2011. С. 100-104).A device for sampling and storage containing an analog key, two repeaters on operational amplifiers, a storage capacitor, a feedback resistor, a limiting resistor, two on-board diodes, and when the analog key is in the closed state (memory mode), the output potential of the first operational amplifier is known , due to the action of the general negative feedback, it is set such that the output voltage differs from the input voltage by the bias voltage of the first operational amplifier I am. In this case, the bias arising due to the presence of the switch (key) and the second operational amplifier is reduced to zero. The diodes in this state of the circuit are locked, since the voltage drop across them, equal to the indicated bias, is quite small (less than 20 mV). When the key is opened with a control signal, the output voltage remains unchanged. The feedback resistor and diodes prevent saturation of the first operational amplifier, which could have occurred due to the opening of the common negative feedback in this mode. This reduces the transient time when the key is locked. The first operational amplifier provides a high input impedance to a sampling and storage device ([1, p. 102, Fig. 3] - Zhavoronkova MS, Bondar SN Development of a high-speed sampling and storage device with increased accuracy // Methods and technical means of increasing the effectiveness of the use of electrical equipment in industry and agriculture: collection of scientific papers based on the materials of the 75th scientific and practical conference of the Faculty of Electric Power StGAU. - Stavropol: AG-RUS, 2011. P. 100-104).

Недостатком устройства является большое значение величины времени выборки Δtвыборки и малое значение отношения Δtхранения/Δtвыборки.The disadvantage of this device is the large value of the sampling time Δt of the sample and the small value of the ratio Δt of storage / Δt of the sample .

Известно устройство выборки и хранения, содержащее неинвертирующий усилитель напряжения, вход которого одновременно является информационным входом устройства выборки и хранения и вторым входом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом повторителя на операционном усилителе и выходом устройства выборки и хранения; выход схемы сравнения подключен к S-входу триггера, R-вход которого служит входом управления устройства выборки и хранения; выход триггера подключен к входу управления аналогового ключа, вход которого соединен с выходом неинвертирующего усилителя напряжения, а выход подключен к входам конденсатора хранения и повторителя на операционном усилителе; схема сравнения содержит два компаратора и схему ИЛИ-НЕ, входы которой являются выходами компараторов, а выход служит выходом схемы сравнения; разноименные входы компараторов соединены между собой и со входами схемы сравнения ([2] - патент RU 63623, МПК H03K 17/60).A sampling and storage device is known that contains a non-inverting voltage amplifier, the input of which is simultaneously the information input of the sampling and storage device and the second input of the comparison circuit, the first input of which is connected to the output of the repeater on the operational amplifier and the output of the sampling and storage device; the output of the comparison circuit is connected to the S-input of the trigger, the R-input of which serves as the control input of the sampling and storage device; the trigger output is connected to the control input of the analog switch, the input of which is connected to the output of a non-inverting voltage amplifier, and the output is connected to the inputs of the storage capacitor and repeater on the operational amplifier; the comparison circuit contains two comparators and an OR-NOT circuit, the inputs of which are the outputs of the comparators, and the output serves as the output of the comparison circuit; opposite inputs of the comparators are interconnected and with the inputs of the comparison circuit ([2] - patent RU 63623, IPC H03K 17/60).

Недостатком устройства является низкая точность запоминания величины напряжения входного сигнала.The disadvantage of this device is the low accuracy of storing the magnitude of the voltage of the input signal.

Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является устройство выборки и хранения содержащее аналоговый ключ, два операционных усилителя, резистор цепи обратной связи, два встречно включенных диода, конвертор положительного емкостного сопротивления, причем вход устройства подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого непосредственно подключен ко входу аналогового ключа и через встречно включенные диоды, одновременно подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя и резистору цепи обратной связи, второй вывод которого соединен одновременно с выходом и инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого служит выходом устройства выборки и хранения, вход управления которого является входом управления аналогового ключа, выход которого соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и входом конвертора положительного емкостного сопротивления.The closest analogue is the prototype of the claimed technical solution is a sampling and storage device containing an analog key, two operational amplifiers, a feedback resistor, two on-board diodes, a positive capacitance converter, and the input of the device is connected to a non-inverting input of the first operational amplifier, the output of which directly connected to the input of the analog key and through counter-on diodes, simultaneously connected to the inverting input of the first opera an ion amplifier and a feedback resistor, the second output of which is connected simultaneously with the output and inverting input of the second operational amplifier, the output of which serves as the output of the sampling and storage device, the control input of which is the control input of the analog key, the output of which is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier and converter input positive capacitance.

Конвертор положительного емкостного сопротивления содержит два операционных усилителя, четыре резистора, конденсатор; причем конденсатор одним контактом заземлен, вторым контактом подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя и входу первого резистора, выход которого подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя и входу второго резистора, выход которого соединен непосредственно с выходом второго операционного усилителя и через третий резистор подключен к параллельно соединенным неинвертирующему входу второго операционного усилителя, выходу первого операционного усилителя и входу четвертого резистора, выход которого соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и входом конвертора положительного емкостного сопротивления ([3] - патент RU 2342714, МПК G11C 27/02, H03K 17/60).The positive capacitance converter contains two operational amplifiers, four resistors, a capacitor; moreover, the capacitor is grounded by one contact, the second contact is connected to the inverting input of the first operational amplifier and the input of the first resistor, the output of which is connected to the inverting input of the second operational amplifier and the input of the second resistor, the output of which is connected directly to the output of the second operational amplifier and is connected to parallel through the third resistor connected to a non-inverting input of the second operational amplifier, the output of the first operational amplifier and the input of the fourth resistor, output which is connected to the non-inverting input of the first operational amplifier and the input of the converter of positive capacitive resistance ([3] - patent RU 2342714, IPC G11C 27/02, H03K 17/60).

На этапе выборки, результат выборки описывается выражением:At the sampling stage, the sampling result is described by the expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Uвых - выходное напряжение устройства выборки и хранения;where U o - the output voltage of the device sampling and storage;

Uвх - входное напряжение устройства выборки и хранения;U I - the input voltage of the device sampling and storage;

Uс.кон - напряжение на искусственной емкости, создаваемой конвертором положительного емкостного сопротивления в период выборки;U c.con is the voltage on the artificial capacitance created by the converter of positive capacitance during the sampling period;

Uс.кон.оз _ остаточное напряжение заряда искусственной емкости создаваемой конвертором положительного емкостного сопротивления в период выборки, соответствует (без учета спада выходного напряжения) Uс.кон предыдущей выборки;U s.con.oz _ residual charge voltage of the artificial capacity created by the converter of positive capacitance during the sampling period, corresponds (without taking into account the drop in the output voltage) U s.con. of the previous sample;

τс.кон - постоянная времени цепи заряда искусственной емкости, создаваемой конвертором положительного емкостного сопротивления.τ s.con is the time constant of the charge circuit of the artificial capacity created by the converter of positive capacitive resistance.

То есть в режиме заряда искусственной емкости, создаваемой конвертором положительного емкостного сопротивления, в устройстве выборки и хранения имеет место коммутационный процесс с ненулевыми начальными условиями, в качестве которых выступает остаточное напряжение заряда искусственной емкости Uс.кон.оз.That is, in the charge mode of the artificial capacity created by the positive capacitance converter, a switching process takes place in the sampling and storage device with non-zero initial conditions, which are the residual charge voltage of the artificial capacity U s.con.oz.

В силу влияния Uс.кон.оз, время выборки Δtвыб., необходимое для обеспечения заданной точности запоминания входного сигнала, будет неравномерно (фиг. 1: кривая Uс.кон.1→Δtвыб.1; кривая Uс.кон.2→Δtвыб.2; кривая Uс.кон.3→Δtвыб.3; кривая Uс.кон.4→Δtвыб.4), а так как считывающие устройства, например АЦП, функционируют в синхронном режиме, время выборки в прототипе будет определяться условием (2)Due to the influence of U s.kon.oz, sampling time Δt SEL. required to ensure the specified accuracy of memorizing the input signal will be uneven (Fig. 1: curve U c.con . 1 → Δt select 1 ; curve U c.con.2 → Δt select 2 ; curve U c.con.3 → Δt select 3 ; curve U sec.conf. 4 → Δt select 4 ), and since reading devices, for example, ADCs, operate in synchronous mode, the sampling time in the prototype will be determined by condition (2)

Figure 00000002
Figure 00000002

Для количественной оценки влияния величины остаточного напряжения заряда искусственной емкости Uс.кон.оз на время выборки в прототипе Δtвыб., введем параметр nu, выражение (3)To quantify the effect of the residual charge voltage of the artificial capacity U s.con.oz on the sampling time in the prototype Δt select. , introduce the parameter n u , expression (3)

Figure 00000003
Figure 00000003

и параметр nτ, выражение (4)and parameter n τ , expression (4)

Figure 00000004
Figure 00000004

С учетом (3), выражение (4) примет вид:Taking into account (3), expression (4) will take the form:

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
, [%] - относительная погрешность представления входного сигнала на выходе устройства (относительная погрешность заряда искусственной емкости, создаваемой конвертором положительного емкостного сопротивления в период выборки).Where
Figure 00000006
, [%] is the relative error in the representation of the input signal at the output of the device (the relative error in the charge of the artificial capacitance created by the converter of positive capacitance during the sampling period).

График функции nτ=f(nu), для типового значения относительной погрешности δ=0,1%, в диапазоне -1<nu<3 (Uс.кон.оз∈[-Uвх; 3·Uвх]), приведен на фиг. 2. Как следует из графика, фиг. 2, для заданных условий, имеет место соотношение (6)Graph of the function n τ = f (n u ), for a typical value of the relative error δ = 0.1%, in the range -1 <n u <3 (U c.con.oz ∈ [-U in ; 3 · U in ] ) shown in FIG. 2. As follows from the graph, FIG. 2, for given conditions, the relation (6)

Figure 00000007
Figure 00000007

То есть наличие остаточного напряжения заряда искусственной емкости Uс.кон.оз приводит:That is, the presence of a residual charge voltage of an artificial capacity U c.con.oz results in:

- к неравномерности времени выборки;- to uneven sampling time;

- увеличению времени выборки, относительно необходимого интервала, на 10%;- increase in sampling time, relative to the required interval, by 10%;

- неоднозначности относительной погрешности представления входного сигнала на выходе устройства (неоднозначности точности запоминания).- ambiguities in the relative error in the representation of the input signal at the output of the device (ambiguities in the accuracy of memorization).

Недостатком устройства является большое значение величины времени выборки Δtвыборки при неоднозначности точности запоминания.The disadvantage of this device is the large value of the sampling time Δt sampling with ambiguity in the accuracy of memorization.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к сокращению времени выборки Δtвыборки при обеспечении заданной точности запоминания.The technical result that can be achieved using the present invention is to reduce the sampling time Δt of the sample while ensuring a given accuracy of memorization.

Технический результат достигается тем, что в устройство выборки и хранения, содержащее первый аналоговый ключ, два операционных усилителя, резистор цепи обратной связи, два встречно включенных диода, конвертор положительного емкостного сопротивления, причем вход устройства подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого непосредственно подключен ко входу первого аналогового ключа и через встречно включенные диоды, одновременно подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя и резистору цепи обратной связи, второй вывод которого соединен одновременно с выходом и инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого служит выходом устройства выборки и хранения, выход первого аналогового ключа соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и первым входом конвертора положительного емкостного сопротивления, введены первый и второй формирователь импульсов, элемент задержки, второй аналоговый ключ, причем вход управления устройства выборки и хранения, через первый формирователь импульса, соединен непосредственно с входом управления второго аналогового ключа и, через последовательно соединенные элемент задержки и второй формирователь импульса, с входом управления первого аналогового ключа, вход второго аналогового ключа заземлен, а выход подключен ко второму входу конвертора положительного емкостного сопротивления.The technical result is achieved by the fact that a sampling and storage device containing a first analog key, two operational amplifiers, a feedback resistor, two diodes in the opposite direction, a positive capacitor converter, the input of the device is connected to a non-inverting input of the first operational amplifier, the output of which is directly connected to the input of the first analog key and through counter-enabled diodes, simultaneously connected to the inverting input of the first operational amplifier and feedback loop source, the second output of which is connected simultaneously with the output and inverting input of the second operational amplifier, the output of which serves as the output of the sampling and storage device, the output of the first analog key is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier and the first input of the positive capacitor converter, the first and a second pulse shaper, a delay element, a second analog key, and the control input of the sampling and storage device, through the first shaper l pulse is connected directly to the control input of the second analog switch and, through the delay element and the second pulse driver, connected to the control input of the first analog switch, the input of the second analog switch is grounded and the output is connected to the second input of the positive capacitor converter.

Конвертор положительного емкостного сопротивления содержит два операционных усилителя, четыре резистора, конденсатор, причем конденсатор одним контактом заземлен, вторым контактом подключен ко второму входу конвертора положительного емкостного сопротивления, к инвертирующему входу первого операционного усилителя и входу первого резистора, выход которого подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя и входу второго резистора, выход которого соединен непосредственно с выходом второго операционного усилителя и через третий резистор подключен к параллельно соединенным неинвертирующему входу второго операционного усилителя, выходу первого операционного усилителя и входу четвертого резистора, выход которого соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и первым входом конвертора положительного емкостного сопротивления.The positive capacitance converter contains two operational amplifiers, four resistors, a capacitor, and the capacitor is grounded with one contact, the second contact is connected to the second input of the positive capacitor converter, to the inverting input of the first operational amplifier and the input of the first resistor, the output of which is connected to the inverting input of the second operational amplifier and the input of the second resistor, the output of which is connected directly to the output of the second operational amplifier and h Through the third resistor, it is connected to a non-inverting input of the second operational amplifier connected in parallel, the output of the first operational amplifier and the input of the fourth resistor, the output of which is connected to the non-inverting input of the first operational amplifier and the first input of the positive capacitor converter.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 приведены временные диаграммы, поясняющие работу прототипа.In FIG. 1 shows timing diagrams illustrating the operation of the prototype.

На фиг. 2 приведен график функции nτ=f(nu) прототипа.In FIG. 2 shows a graph of the function n τ = f (n u ) of the prototype.

На фиг. 3 приведена функциональная схема устройства выборки и хранения.In FIG. 3 shows a functional diagram of a sampling and storage device.

На фиг. 4 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства выборки и хранения.In FIG. 4 is a timing diagram explaining the operation of the sampling and storage device.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Устройство выборки и хранения содержит операционные усилители 1 (ОУ1) и 6 (ОУ2), аналоговые ключи 2 и 18, диоды 3 (D1) и 4 (D2), резистор 5 (R1) цепи обратной связи, конвертор 7 положительного емкостного сопротивления, формирователи импульсов 15 и 17, элемент задержки 16, причем вход устройства подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 1, выход которого непосредственно подключен ко входу аналогового ключа 2 и через встречно включенные диоды 3 и 4, одновременно подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 1 и резистору 5 цепи обратной связи, второй вывод которого соединен одновременно с выходом устройства выборки и хранения и инвертирующим входом операционного усилителя 6, выход аналогового ключа 2 соединен одновременно с неинвертирующим входом операционного усилителя 6 и первым входом конвертора 7 положительного емкостного сопротивления, вход управления устройства выборки и хранения, через формирователь импульса 15, соединен непосредственно с входом управления аналогового ключа 18 и, через последовательно соединенные элемент задержки 16 и формирователь импульса 17, с входом управления аналогового ключа 2, вход аналогового ключа 18 заземлен, а выход подключен ко второму входу конвертора 7 положительного емкостного сопротивления.The sampling and storage device contains operational amplifiers 1 (ОУ1) and 6 (ОУ2), analog switches 2 and 18, diodes 3 (D1) and 4 (D2), a feedback resistor 5 (R1), a positive capacitance converter 7, shapers pulses 15 and 17, the delay element 16, and the input of the device is connected to the non-inverting input of the operational amplifier 1, the output of which is directly connected to the input of the analog switch 2 and through the on-board diodes 3 and 4, is simultaneously connected to the inverting input of the operational amplifier 1 and the resistor 5 of the circuit image connection, the second output of which is connected simultaneously with the output of the sampling and storage device and the inverting input of the operational amplifier 6, the output of the analog switch 2 is connected simultaneously with the non-inverting input of the operational amplifier 6 and the first input of the positive capacitor converter 7, the control input of the sampling and storage device, through pulse shaper 15, connected directly to the control input of the analog key 18 and, through series-connected delay element 16 and the pulse shaper 17, with the control input of analog switch 2, the input analog switch 18 is grounded, and an output connected to the second input 7 of the positive converter capacitance.

Конвертор 7 положительного емкостного сопротивления содержит конденсатор 8 (С), операционные усилители 9 (ОУЗ) и 11 (ОУ4), резисторы 10 (R2), 12 (R3), 13 (R4), 14 (R5), причем конденсатор 8 одним контактом заземлен, а вторым контактом подключен ко второму входу конвертора 7 положительного емкостного сопротивления, к инвертирующему входу операционного усилителя 9 и входу резистора 10, выход которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 11 и входу резистора 12, выход которого соединен непосредственно с выходом операционного усилителя 11 и через резистор 13, подключен к параллельно соединенным неинвертирующему входу операционного усилителя 11, выходу операционного усилителя 9 и входу резистора 14, выход которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 9 и первым входом конвертора 7 положительного емкостного сопротивления.The positive capacitance converter 7 contains a capacitor 8 (C), operational amplifiers 9 (GLC) and 11 (GC4), resistors 10 (R2), 12 (R3), 13 (R4), 14 (R5), and the capacitor 8 is one contact is grounded, and the second contact is connected to the second input of the converter 7 of positive capacitive resistance, to the inverting input of the operational amplifier 9 and the input of the resistor 10, the output of which is connected to the inverting input of the operational amplifier 11 and the input of the resistor 12, the output of which is connected directly to the output of the operational amplifier 11 and cher of the resistor 13 is connected to the parallel connected the noninverting input of the operational amplifier 11, the output of the operational amplifier 9 and the input resistor 14, whose output is connected to the noninverting input of the operational amplifier 9 and the first input of the converter 7 positive capacitance.

Функциональная схема устройства выборки и хранения приведена на фиг. 3.A functional diagram of a sampling and storage device is shown in FIG. 3.

В основе принципа функционирования предлагаемого устройства выборки и хранения лежит ряд операций.The principle of operation of the proposed device sampling and storage is a series of operations.

1) Принудительный ускоренный разряд (ПУР) искусственной емкости создаваемой конвертором 7 положительного емкостного сопротивления, а фактически, конденсатора 8 конвертора 7 положительного емкостного сопротивления, согласно выражению (7)1) Forced accelerated discharge (PUR) of the artificial capacity created by the converter 7 of positive capacitance, and in fact, the capacitor 8 of the converter 7 of positive capacitance, according to the expression (7)

Figure 00000008
Figure 00000008

где τпур - постоянная времени цепи принудительного ускоренного разряда конденсатора 8 конвертора 7 положительного емкостного сопротивления.where τ pur is the time constant of the forced accelerated discharge circuit of the capacitor 8 of the converter 7 of positive capacitive resistance.

ПричемMoreover

Figure 00000009
Figure 00000009

и в пределеand in the limit

Figure 00000010
Figure 00000010

что обеспечивается аналоговым ключом 18. А значит, интервал времени принудительного ускоренного разряда конденсатора 8 конвертора 7 положительного емкостного сопротивления (искусственной емкости создаваемой конвертором 7 положительного емкостного сопротивления) Δtпур, фиг. 4, характеризуется условиемthis is ensured by the analogue key 18. And this means that the time interval of the forced accelerated discharge of the capacitor 8 of the positive capacitance converter 7 (artificial capacitance created by the positive capacitance converter 7) Δt pur , FIG. 4, characterized by the condition

Figure 00000011
Figure 00000011

2) Заряд искусственной емкости, создаваемой конвертором 7 положительного емкостного сопротивления, фиг. 4, согласно выражению (11)2) The charge of the artificial capacity created by the converter 7 of positive capacitive resistance, FIG. 4, according to the expression (11)

Figure 00000012
Figure 00000012

С учетом выражений (4), (5), (7)÷(11), будет иметь место соотношение (12)Given the expressions (4), (5), (7) ÷ (11), the relation (12)

Figure 00000013
Figure 00000013

что соответствует nτ (nu=0) прототипа, фиг. 2. Тем самым будет достигнуто сокращение времени выборки Δtвыборки (относительно прототипа) в пределе на 10% при обеспечении заданной точности запоминания, то есть устранены недостатки прототипа.which corresponds to n τ (n u = 0) of the prototype, FIG. 2. Thereby, a reduction in sampling time Δt of the sample (relative to the prototype) in the limit of 10% is achieved while ensuring the specified accuracy of memorization, that is, the disadvantages of the prototype are eliminated.

3) Считывание запомненного напряжения в течение интервала времени хранения Δtхр. (фиг. 4, где ΔU - погрешность выборки мгновенного значения аналогового напряжения).3) Reading the stored voltage during the storage time interval Δt xp. (Fig. 4, where ΔU is the sampling error of the instantaneous value of the analog voltage).

Работа устройства поясняется временными диаграммами (фиг. 5), на которых показаны:The operation of the device is illustrated by timing diagrams (Fig. 5), which show:

- импульс запуска устройства выборки и хранения (входное управляющее напряжение uупр) (фиг. 5, а);- the start pulse of the sampling and storage device (input control voltage u control ) (Fig. 5, a);

- выходное напряжение u15 формирователя импульса 15 (фиг. 5, б);- output voltage u 15 of the pulse shaper 15 (Fig. 5, b);

- выходное напряжение u16 элемента задержки 16 (фиг. 5, в);- output voltage u 16 of the delay element 16 (Fig. 5, c);

- выходное напряжение u17 формирователя импульса 17 (фиг. 5, г).- output voltage u 17 of the pulse shaper 17 (Fig. 5, g).

- входное напряжение устройства uвх, выходное напряжение устройства u6 (фиг. 5, д).- the input voltage of the device u I , the output voltage of the device u 6 (Fig. 5, d).

Устройство выборки и хранения работает следующим образом.The device sampling and storage works as follows.

Импульс запуска Uynp, поступающий на вход управления устройства выборки и хранения в момент времени t0 (фиг. 5, а), обеспечивает, посредством формирователя импульса 15 (фиг. 5, б), замыкание аналогового ключа 18 и принудительный ускоренный разряд конденсатора 8 конвертора 7 положительного емкостного сопротивления (искусственной емкости, создаваемой конвертором 7 положительного емкостного сопротивления), согласно выражению (7). Причем, в силу выполнения условий (8) и (9) (проходное сопротивление замкнутого ключа в современных ИМС составляет порядка 0,5 Ом ([4] 0.45-Ω quad spdt analog switch 4-channel 2:1 multiplexer - demultiplexer with two controls. [Электронный ресурс] TS3A44159. http://www.farnell.com/datasheets/1789043.pdf (дата обращения: 22.03.2015.)), интервал времени принудительного ускоренного разряда конденсатора 8 конвертора 7 положительного емкостного сопротивления (искусственной емкости создаваемой конвертором 7 положительного емкостного сопротивления) Δtпур=t1-t0 (фиг. 5, 1) будет соответствовать условию (10).The start pulse U ynp , which enters the control input of the sampling and storage device at time t 0 (Fig. 5, a), provides, by means of a pulse shaper 15 (Fig. 5, b), the analog key 18 is closed and forced accelerated discharge of the capacitor 8 Converter 7 positive capacitive resistance (artificial capacity created by the Converter 7 positive capacitive resistance), according to the expression (7). Moreover, due to the fulfillment of conditions (8) and (9) (the pass-through resistance of the closed key in modern ICs is about 0.5 Ohms ([4] 0.45-Ω quad spdt analog switch 4-channel 2: 1 multiplexer - demultiplexer with two controls . [Electronic resource] TS3A44159. Http://www.farnell.com/datasheets/1789043.pdf (accessed: 03/22/2015.)), Time interval of forced accelerated discharge of the capacitor 8 of the converter 7 of the positive capacitive resistance (artificial capacity created by the converter 7 of positive capacitance) Δt pur = t 1 -t 0 (Fig. 5, 1) will correspond to condition (10).

Сигнал с выхода элемента задержки 16 (фиг. 5, в) обеспечивает, посредством формирователя импульса 17 (фиг. 5, г), замыкание аналогового ключа 2 и заряд искусственной емкости, создаваемой конвертором 7 положительного емкостного сопротивления (фиг. 5, д) согласно выражению (11). Причем, постоянная времени цепи заряда искусственной емкости τс.кон, создаваемой конвертором 7, определяется выражением (13)The signal from the output of the delay element 16 (Fig. 5, c) provides, by means of a pulse shaper 17 (Fig. 5, d), the analog key 2 is closed and the artificial capacitance created by the converter 7 of positive capacitive resistance (Fig. 5, d) is charged according to expression (11). Moreover, the time constant of the charge circuit of the artificial capacity τ s.con created by the converter 7 is determined by the expression (13)

Figure 00000014
Figure 00000014

где RAK - проходное сопротивление замкнутого аналогового ключа 2;where R AK is the passage resistance of the closed analog switch 2;

Cкон - величина искусственной емкости создаваемой конвертором 7, выражение (14)C con - the value of the artificial capacity created by the Converter 7, expression (14)

Figure 00000015
Figure 00000015

где Kк - коэффициент конверсии, в общем случае, Kк<<1;where K k is the conversion coefficient, in the general case, K k <<1;

С - емкость конденсатора 8 (С);C is the capacitance of the capacitor 8 (C);

R2÷5 - сопротивление резисторов, соответственно 10 (R2), 12 (R3), 13 (R4), 14 (R5).R 2 ÷ 5 is the resistance of the resistors, respectively 10 (R2), 12 (R3), 13 (R4), 14 (R5).

При этом следует учесть, что операционный усилитель 1 обеспечивает высокое входное сопротивление устройства выборки и хранения, а потенциал выхода операционного усилителя 1, вследствие действия общей отрицательной обратной связи устанавливается таким, что выходное напряжение отличается от входного на величину напряжения смещения операционного усилителя 1. При этом смещение, возникающее из-за наличия аналогового ключа 2 и операционного усилителя 6, сводится к нулю. Диоды 3 и 4 в этом состоянии схемы заперты, так как падение напряжения на них, равное указанному смещению, достаточно мало (меньше 20 мВ).It should be borne in mind that the operational amplifier 1 provides a high input resistance of the sampling and storage device, and the output potential of the operational amplifier 1, due to the action of the general negative feedback, is set so that the output voltage differs from the input voltage by the bias voltage of the operational amplifier 1. the offset due to the presence of an analog key 2 and an operational amplifier 6 is reduced to zero. Diodes 3 and 4 in this state of the circuit are locked, since the voltage drop across them, equal to the indicated bias, is quite small (less than 20 mV).

По завершению формирования импульса формирователем импульса 17 (фиг. 5, г), аналоговый ключ 2 размыкается, устройство выборки и хранения переходит в режим хранения - интервал времени Δtхр=t5-t4 (фиг. 5, д). При этом следует учесть, что операционный усилитель 6 включен по схеме повторителя, в силу чего напряжение на выходе устройства выборки и хранения соответствует напряжению установившемуся на входе конвертора 7 положительного емкостного сопротивления (падению напряжения на конверторе 7), а спад выходного напряжения устройства выборки и хранения ΔU (фиг.4) определяется постоянной времени хранения τх.кон Upon completion of the pulse formation by the pulse shaper 17 (Fig. 5, d), the analog switch 2 opens, the sampling and storage device goes into storage mode - the time interval Δt xp = t 5 -t 4 (Fig. 5, d). It should be noted that the operational amplifier 6 is turned on according to the repeater circuit, whereby the voltage at the output of the sampling and storage device corresponds to the voltage established at the input of the converter 7 of positive capacitance (voltage drop across the converter 7), and the decline in the output voltage of the sampling and storage device ΔU (figure 4) is determined by the storage time constant τ x.con

Figure 00000016
Figure 00000016

где Rвх.ОУ2 - входное сопротивление операционного усилителя 6 (ОУ2), в общем случае, Rвх.ОУ2 составляет тысячи МОм ([5] - Sample-and-hold amplifiers LF198/LF298/LF398 [Электронный ресурс] http://pdf.datasheetarchive.com/indexerfiles/Scans-064/DSA2IH00144263.pdf (дата обращения: 22.03.2015.)).where R IO.OU2 is the input impedance of operational amplifier 6 (OA2), in general, R IO.OU2 is thousands of MΩ ([5] - Sample-and-hold amplifiers LF198 / LF298 / LF398 [Electronic resource] http: // pdf.datasheetarchive.com/indexerfiles/Scans-064/DSA2IH00144263.pdf (accessed March 22, 2015.)).

В дальнейшем алгоритм работы устройства выборки и хранения повторяется.In the future, the algorithm of the sampling and storage device is repeated.

Формирователи укороченного импульса 15 и 17 могут быть выполнены в виде ждущих мультивибраторов или одновибраторов.Formers shortened pulse 15 and 17 can be made in the form of waiting multivibrators or single vibrators.

Введение в предлагаемом устройстве операции принудительного ускоренного разряда искусственной емкости создаваемой конвертором 7 положительного емкостного сопротивления, а фактически, конденсатора 8 конвертора 7 положительного емкостного сопротивления, устраняет влияние остаточного напряжения заряда искусственной емкости Uс.кон.оз на время выборки, что позволяет сократить время выборки Δtвыборки при обеспечении заданной точности запоминания.The introduction in the proposed device of the operation of the forced accelerated discharge of artificial capacity created by the converter 7 of positive capacitance, and, in fact, the capacitor 8 of the converter 7 of positive capacitance, eliminates the influence of the residual charge voltage of the artificial capacity U c.con.oz on the sampling time, which reduces the sampling time Δt sampling while ensuring a given accuracy of memorization.

Claims (2)

1. Устройство выборки и хранения, содержащее первый аналоговый ключ, два операционных усилителя, резистор цепи обратной связи, два встречно включенных диода, конвертор положительного емкостного сопротивления, причем вход устройства подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого непосредственно подключен ко входу первого аналогового ключа и через встречно включенные диоды, одновременно подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя и резистору цепи обратной связи, второй вывод которого соединен одновременно с выходом и инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого служит выходом устройства выборки и хранения, выход первого аналогового ключа соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и первым входом конвертора положительного емкостного сопротивления, отличающееся тем, что в устройство введены первый и второй формирователь импульсов, элемент задержки, второй аналоговый ключ, причем вход управления устройства выборки и хранения, через первый формирователь импульса, соединен непосредственно с входом управления второго аналогового ключа и, через последовательно соединенные элемент задержки и второй формирователь импульса, с входом управления первого аналогового ключа, вход второго аналогового ключа заземлен, а выход подключен ко второму входу конвертора положительного емкостного сопротивления.1. A sampling and storage device containing a first analog key, two operational amplifiers, a feedback resistor, two on-board diodes, a positive capacitor converter, the input of the device being connected to the non-inverting input of the first operational amplifier, the output of which is directly connected to the input of the first analog key and through the counter-turned on diodes, is simultaneously connected to the inverting input of the first operational amplifier and a feedback resistor, the second output to which is connected simultaneously with the output and inverting input of the second operational amplifier, the output of which serves as the output of the sampling and storage device, the output of the first analog key is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier and the first input of the positive capacitor converter, characterized in that the first and second a pulse shaper, a delay element, a second analog switch, and the control input of the sampling and storage device, through the first pulse shaper and, connected directly to the control input of the second analog switch and through a series connected delay element and a second pulse generator, a control input of the first analog switch, a second analog input switch is grounded, and an output connected to the second input capacitance of the positive converter. 2. Устройство выборки и хранения по п. 1, отличающееся тем, что конвертор положительного емкостного сопротивления содержит два операционных усилителя, четыре резистора, конденсатор, причем конденсатор одним контактом заземлен, вторым контактом подключен ко второму входу конвертора положительного емкостного сопротивления, к инвертирующему входу первого операционного усилителя и входу первого резистора, выход которого подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя и входу второго резистора, выход которого соединен непосредственно с выходом второго операционного усилителя и через третий резистор подключен к параллельно соединенным неинвертирующему входу второго операционного усилителя, выходу первого операционного усилителя и входу четвертого резистора, выход которого соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и первым входом конвертора положительного емкостного сопротивления. 2. The sampling and storage device according to claim 1, characterized in that the positive capacitance converter contains two operational amplifiers, four resistors, a capacitor, the capacitor being grounded with one contact, the second contact is connected to the second input of the positive capacitance converter, and the inverting input of the first operational amplifier and the input of the first resistor, the output of which is connected to the inverting input of the second operational amplifier and the input of the second resistor, the output of which is not connected Directly with the output of the second operational amplifier and through the third resistor, it is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier connected in parallel, the output of the first operational amplifier and the input of the fourth resistor, the output of which is connected to the non-inverting input of the first operational amplifier and the first input of the positive capacitor converter.
RU2015114023/08A 2015-04-15 2015-04-15 Sample and hold device RU2580039C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015114023/08A RU2580039C1 (en) 2015-04-15 2015-04-15 Sample and hold device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015114023/08A RU2580039C1 (en) 2015-04-15 2015-04-15 Sample and hold device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2580039C1 true RU2580039C1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55793851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015114023/08A RU2580039C1 (en) 2015-04-15 2015-04-15 Sample and hold device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2580039C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU63623U1 (en) * 2006-12-25 2007-05-27 Ставропольский военный институт связи ракетных войск SAMPLING AND STORAGE DEVICE
RU2342715C2 (en) * 2006-12-27 2008-12-27 Ставропольский военный институт связи ракетных войск Sampling and holding device
RU2342714C2 (en) * 2006-12-25 2008-12-27 Ставропольский военный институт связи ракетных войск Sampling and holding device
RU2512890C1 (en) * 2013-03-06 2014-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Redundant source of current

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU63623U1 (en) * 2006-12-25 2007-05-27 Ставропольский военный институт связи ракетных войск SAMPLING AND STORAGE DEVICE
RU2342714C2 (en) * 2006-12-25 2008-12-27 Ставропольский военный институт связи ракетных войск Sampling and holding device
RU2342715C2 (en) * 2006-12-27 2008-12-27 Ставропольский военный институт связи ракетных войск Sampling and holding device
RU2512890C1 (en) * 2013-03-06 2014-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Redundant source of current

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110163015B (en) Multiplier circuit, corresponding device and method
RU2580039C1 (en) Sample and hold device
RU157940U1 (en) SAMPLING AND STORAGE DEVICE
RU2595487C1 (en) Sample and hold device
RU154070U1 (en) SAMPLING AND STORAGE DEVICE
RU160870U1 (en) DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE
RU173170U1 (en) ANALOGUE REMEMBERING DEVICE
RU155713U1 (en) DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE
RU154754U1 (en) SAMPLING AND STORAGE DEVICE
RU175892U1 (en) ANALOGUE REMEMBERING DEVICE
RU2520409C2 (en) Converter for converting periodic signal to frequency and period
RU174046U1 (en) ANALOGUE REMEMBERING DEVICE
CN106257839B (en) Sensor device and detection method
RU160951U1 (en) DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE
RU2699581C2 (en) Controlled switch of voltages carrying information
SU149630A1 (en) The method of determining the length of the vector in three coordinates
US3370230A (en) Pulse measuring system
RU158706U1 (en) DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE
RU164152U1 (en) DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE
RU160869U1 (en) DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE
RU2362988C1 (en) Device to convert capacitive and resistor sensors parametres into frequency signal
US3196406A (en) Electronic delay line
SU896633A1 (en) Analogue integrator
RU2325664C2 (en) Integrated pulse-frequency converter
RU2017161C1 (en) Capacitance measurement device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170416