RU74749U1 - Устройство выборки и хранения - Google Patents
Устройство выборки и хранения Download PDFInfo
- Publication number
- RU74749U1 RU74749U1 RU2007149284/22U RU2007149284U RU74749U1 RU 74749 U1 RU74749 U1 RU 74749U1 RU 2007149284/22 U RU2007149284/22 U RU 2007149284/22U RU 2007149284 U RU2007149284 U RU 2007149284U RU 74749 U1 RU74749 U1 RU 74749U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- sampling
- comparison circuit
- inputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Устройство выборки и хранения, содержащее аналоговый ключ, к выходу которого подключены входы конденсатора хранения и повторителя на операционном усилителе, отличающееся тем, что в устройство введены дифференциальный усилитель напряжения, триггер, схема сравнения, формирователь укороченного импульса, элемент задержки, элемент И, причем схема сравнения содержит два компаратора и элемент И, входы которого являются выходами компараторов, а выход служит выходом схемы сравнения; разноименные входы компараторов соединены между собой и со входами схемы сравнения; информационный вход устройства выборки и хранения одновременно является неинвертирующим входом дифференциального усилителя напряжения и вторым входом схемы сравнения, первый вход которой соединен одновременно с инвертирующим входом дифференциального усилителя напряжения и выходом повторителя на операционном усилителе, выход которого служит выходом устройства выборки и хранения; выход схемы сравнения подключен к R-входу триггера, S-вход которого через формирователь укороченного импульса одновременно соединен с входом управления устройства выборки и хранения и входом элемента задержки, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера; выход элемента И подключен к входу управления аналогового ключа, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя напряжения.
Description
Полезная модель относится к автоматике и измерительной технике и может быть использована в аналого-цифровых системах обработки сигналов.
Уровень техники
Известно устройство выборки и хранения, содержащее буферный усилитель, аналоговый ключ, интегратор на операционном усилителе, причем выход буферного усилителя, через аналоговый ключ, подключен ко входу интегратора на операционном усилителе, выход которого является выходом устройства выборки и хранения, а вход буферного усилителя - выходом устройства выборки и хранения. (Ратхор Т.С.Цифровые измерения. АЦП/ЦАП. - М.: Техносфера 2006.-392 с; рис.6.57.а, стр.277).
На этапе выборки, результат выборки описывается выражением:
где К - коэффициент усиления буферного усилителя.
Uс.оз - остаточное напряжение заряда накопительного конденсатора в период выборки, соответствует (без учета спада выходного напряжения) Uвых(t) предыдущей выборки;
τ - постоянная времени цепи перезаряда интегратора.
Недостатком указанного устройства является несоответствие уровней входного и выходного напряжений.
Наиболее близким по технической сущности, является устройство, содержащее аналоговый ключ, два буферных усилителя (выполненных на базе операционных усилителей), накопительный конденсатор, причем в режиме выборки аналоговый ключ замкнут, обеспечивая тем самым заряд накопительного конденсатора до уровня входного сигнала; в режиме
хранения аналоговый ключ разомкнут, запоминающий конденсатор изолируется им от источника сигнала, а от нагрузки - вторым буферным повторителем (В.А.Никамин. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Справочник.- СПб.: КОРОНА принт; М.: «Альтекс-А», 2003.-224 с, ил.; рис.4.3.б, стр 143-145).
На этапе выборки, результат выборки описывается выражением:
где τ - постоянная времени цепи перезаряда накопительного конденсатора.
Недостатком указанного способа является низкая точность запоминания величины напряжения входного сигнала и большое значение величины времени выборки Δtвыборки.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к повышению точности установления выходного напряжения, сокращению времени выборки Δtвыборки при одновременном увеличении времени хранения Δtхранения.
Технический результат достигается тем, что в устройство выборки и хранения, содержащее аналоговый ключ, к выходу которого подключены входы конденсатора хранения и повторителя на операционном усилителе, введены дифференциальный усилитель напряжения, триггер, схема сравнения, формирователь укороченного импульса, элемент задержки, элемент И, причем информационный вход устройства выборки и хранения одновременно является неинвертирующим входом дифференциального усилителя напряжения и вторым входом схемы сравнения, первый вход которой соединен одновременно с инвертирующим входом дифференциального усилителя напряжения и выходом повторителя на операционном усилителе, выход которого служит выходом устройства выборки и хранения; выход схемы сравнения подключен к R-входу триггера, S-вход которого через формирователь укороченного импульса одновременно
соединен с входом управления устройства выборки и хранения и входом элемента задержки, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера; выход элемента И подключен к входу управления аналогового ключа, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя напряжения.
Схема сравнения содержит два компаратора и элемент И, входы которого являются выходами компараторов, а выход служит выходом схемы сравнения; разноименные входы компараторов соединены между собой и со входами схемы сравнения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведена структурная схема устройства выборки и хранения.
На фиг.2 приведена структурная схема схемы сравнения.
На фиг.3 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства.
На фиг.4 приведен график функции nτ=ƒ(nu) прототипа.
На фиг.5 приведен график функции nτ=ƒ(nu) по предлагаемому устройству.
Осуществление полезной модели
Устройство выборки и хранения содержит дифференциальный усилитель напряжения 1, схему сравнения 2, повторитель на операционном усилителе 3, триггер 4, формирователь укороченного импульса 5, элемент задержки 6, элемент И 7, аналоговый ключ 8, конденсатор хранения 9, причем информационный вход устройства выборки и хранения одновременно является неинвертирующим входом дифференциального усилителя напряжения 1 и вторым входом схемы сравнения 2, первый вход которой соединен одновременно с инвертирующим входом дифференциального усилителя напряжения 1 и выходом повторителя на операционном усилителе 3, выход которого служит выходом устройства
выборки и хранения; выход схемы сравнения подключен к R-входу триггера 4, S-вход которого через формирователь укороченного импульса 5 одновременно соединен с входом управления устройства выборки и хранения и входом элемента задержки 6, выход которого соединен с первым входом элемента И 7, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера 4; выход элемента И 7 подключен к входу управления аналогового ключа 8, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя напряжения 1, а выход одновременно подключен к входам конденсатора хранения 9 и повторителя на операционном усилителе 3.
Структурная схема устройства выборки и хранения приведена на фиг.1.
Схема сравнения 2 содержит компараторы 10, 11 и элемент И 12, входы которого являются выходами компараторов 10, 11, а выход служит выходом схемы сравнения 2; разноименные входы компараторов 10, 11 соединены между собой и со входами схемы сравнения 2.
Структурная схема схемы сравнения 2 приведена на фиг.2.
Схема сравнения 2 работает следующим образом.
Компараторы 10 и 11, входящие в состав схемы сравнения 2, включены параллельно, при этом их входы соединены встречно, в силу чего, выходные сигналы будут противофазны (фиг.3. и, к). В момент равенства сигналов на входе схемы сравнения 2 (фиг.3. ж, и) будут иметь место ненулевые уровни напряжения на входах элемента И 12, а значит единичный уровень на выходе схемы сравнения 2 (фиг.3.к) (это легко осуществимо в силу равенства нулевых уровней компараторов 10, 11 и элемента И 12 и некоторого превышения единичного уровня компараторов 10, 11 над единичным уровнем элемента И 12).
Работа устройства поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг.3.
Устройство выборки и хранения работает следующим образом.
Сигнал Uвх (фиг.3.е) поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 1. Так как инвертирующий вход
дифференциального усилителя 1 соединен с выходом повторителя на операционном усилителе 3, на него поступает сигнал Uвых.повт (фиг.3.ж). Коэффициент передачи дифференциального усилителя 1 напряжения К≫1. В силу этого, имеет место соотношение:
Фактически, на выходе дифференциального усилителя 1 формируется скачек напряжения, стремящейся к уровню напряжения питания ±Еп дифференциального усилителя 1 (фиг.3.ж).
Импульс запуска, поступающий на вход управления устройства выборки и хранения в момент времени t0 (фиг.3.а) подвергается:
- укорочению (формируется импульс длительностью Δty=t1-t0), посредством формирователя укороченного импульса 5;
- сдвигу (импульс задерживается на время Δtc=t1-t0), посредством элемента задержки 6.
Причем Δtc>Δty.
Укороченный импульс Δty переводит триггер 4 в единичное состояние (фиг.3.в).
С момента времени t2 на выходе элемента И 7 формируется высокий потенциал - начинается период выборки. Аналоговый ключ 8 переводится в замкнутое состояние, обеспечивая тем самым перезаряд конденсатора хранения 9 согласно выражению (4):
где Uc - напряжение на конденсаторе хранения 9 в период выборки;
Uc.оз ~ остаточное напряжение заряда конденсатора хранения 9 в период выборки, соответствует (без учета спада выходного напряжения) Uc предыдущей выборки;
Uвых.ус - напряжение на выходе дифференциального усилителя 1;
τ - постоянная времени цепи перезаряда конденсатора хранения 9. Так как конденсатор хранения 9 подключен ко входу повторителя на
операционном усилителе 3, то на выходе последнего будет напряжение, соответствующее значению напряжения Uc. Момент равенства напряжений Uс и Uвx отслеживается схемой сравнения 2 (фиг.3.и, к, л). Импульс, сформированный на выходе схемы сравнения 2 (фиг.3.л) в момент времени t3 переключает триггер 4 в нулевое состояние (фиг.3.в), размыкая тем самым, (посредством элемента И 7) аналоговый ключ 8 (фиг.3.д). В момент времени t3 завершается период выборки. Устройство выборки и хранения переходит в режим хранения. Повторно цикл работы устройства возобновляется в момент времени t6(t0) поступления импульса запуска на управляющий вход устройства.
В силу использования в предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, дифференциального усилителя напряжения 1, выражение (4) можно представить в виде:
А так как коэффициент передачи дифференциального усилителя 1 К≫1, то выражение (5), в пределе, примет вид:
,
где Е - напряжение питания дифференциального усилителя 1.
Причем, знак «+» или «-» определяется соотношением входного Uвх и выходного Uвых.повт=Uc: напряжений (посредством дифференциального усилителя 1) в момент времени t2.
То есть напряжение, подаваемое на конденсатор хранения в предлагаемом устройстве, будет значительно больше (в пределе в К раз) напряжения, подаваемого на конденсатор хранения в случае прототипа.
В целях проведения сравнительной оценки прототипа и предлагаемого устройства, выполним ряд преобразований. При этом будем опираться на параметры:
- nτ - относительное время (выражает текущее время t в долях τ)
nτ=t/τ(8)
- nu - коэффициент пропорциональности между входным Uвх и остаточным напряжением заряда накопительного конденсатора Uс.оз
nu=Uс.оз/Uвх(9)
1) В случае прототипа, опираясь на (2):
С учетом (9), выражение (10) примет вид:
где, [%] - относительная погрешность представления входного сигнала на выходе устройства (относительная погрешность заряда накопительного конденсатора).
График функции nτ=ƒ(nu), для типового значения относительной погрешности δ=0,1%, в диапазоне 0<nu<2 (0<|Uс.оз|<2·|Uвх|), приведен на фиг.4.
2) В случае предлагаемого устройства, с учетом (8) и (9):
причем:
Графики функции nτ.=ƒ(nu), (12.а-г), для типового значения относительной погрешности δ=0,1%, в диапазоне (0<|Uс.оз|<2·|Uвx=±5 В|), при напряжении питания ИМС УВХ E=±15 В, имеют одинаковый вид и приведены на фиг.5.
Как следует из анализа фиг.4 и фиг.5, предлагаемое устройство выборки и хранения характеризуется лучшими показателями по параметру время выборки (nτ.прндлагаемый=0,405; nτ.прототипа=6,908).
И так, предлагаемое устройство характеризуется тем, что:
1) время установления равенства Uс=Uвх (период выборки) будет в
раз меньше, чем в случае прототипа;
2) точность установления выходного напряжения будет несколько выше чем в прототипе, так как в отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве напряжение смещения повторителя на операционном усилителе 3 не оказывает влияния на точность установления выходного напряжения (точность установления выходного напряжения определяется прежде всего точностью схемы сравнения, которая весьма высока в силу использования высокоскоростных компараторов, входы которых соединены встречно, а при встречном включении параллельно соединенных компараторов смещения, возникающие в каждом из них, будут взаимокомпенсироваться);
3) период хранения в предлагаемом устройстве может быть значительно больше чем в прототипе, так как в силу возможности значительного увеличения входного напряжения (в пределе в К раз), при сохранении периода выборки того же порядка, что и в прототипе, имеется возможность
увеличения емкости конденсатора хранения (т.е. постоянной времени разряда).
То есть, в предлагаемом устройстве имеет место повышение точности установления выходного напряжения, сокращение времени выборки Δtвыборки при одновременном увеличении времени хранения Δtхранения.
Claims (1)
- Устройство выборки и хранения, содержащее аналоговый ключ, к выходу которого подключены входы конденсатора хранения и повторителя на операционном усилителе, отличающееся тем, что в устройство введены дифференциальный усилитель напряжения, триггер, схема сравнения, формирователь укороченного импульса, элемент задержки, элемент И, причем схема сравнения содержит два компаратора и элемент И, входы которого являются выходами компараторов, а выход служит выходом схемы сравнения; разноименные входы компараторов соединены между собой и со входами схемы сравнения; информационный вход устройства выборки и хранения одновременно является неинвертирующим входом дифференциального усилителя напряжения и вторым входом схемы сравнения, первый вход которой соединен одновременно с инвертирующим входом дифференциального усилителя напряжения и выходом повторителя на операционном усилителе, выход которого служит выходом устройства выборки и хранения; выход схемы сравнения подключен к R-входу триггера, S-вход которого через формирователь укороченного импульса одновременно соединен с входом управления устройства выборки и хранения и входом элемента задержки, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера; выход элемента И подключен к входу управления аналогового ключа, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя напряжения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007149284/22U RU74749U1 (ru) | 2007-12-29 | 2007-12-29 | Устройство выборки и хранения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007149284/22U RU74749U1 (ru) | 2007-12-29 | 2007-12-29 | Устройство выборки и хранения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU74749U1 true RU74749U1 (ru) | 2008-07-10 |
Family
ID=48232533
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007149284/22U RU74749U1 (ru) | 2007-12-29 | 2007-12-29 | Устройство выборки и хранения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU74749U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2595487C1 (ru) * | 2015-03-20 | 2016-08-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Ставропольский ГАУ) | Устройство выборки и хранения |
-
2007
- 2007-12-29 RU RU2007149284/22U patent/RU74749U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2595487C1 (ru) * | 2015-03-20 | 2016-08-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Ставропольский ГАУ) | Устройство выборки и хранения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6433712B1 (en) | Offset error compensation of input signals in analog-to-digital converter | |
KR101280626B1 (ko) | 평균 차동 입력 전류가 감소된 아날로그 신호 샘플링시스템 및 방법 | |
Shin et al. | A delta–sigma interface circuit for capacitive sensors with an automatically calibrated zero point | |
US8004435B2 (en) | Discrete-time circuit | |
JP6195543B2 (ja) | 半導体装置 | |
KR102553580B1 (ko) | 노이즈-성형 연속 근사 adc 오버샘플링 | |
EP3402079B1 (en) | Analog-to-digital converter, measurement arrangement and method for analog-to-digital conversion | |
US11401160B2 (en) | MEMS sensor detection device and MEMS sensor system | |
JP2011147117A (ja) | Ad変換装置および制御方法 | |
US20110148500A1 (en) | Sample hold circuit and method thereof for eliminating offset voltage of analog signal | |
RU74749U1 (ru) | Устройство выборки и хранения | |
EP3059553B1 (en) | Electronic measurement circuit | |
US9746531B2 (en) | Magnetic sensor circuit | |
RU2389070C2 (ru) | Устройство выборки и хранения | |
JP4807795B2 (ja) | 温度測定回路 | |
KR20130054588A (ko) | 샘플링 정확도를 증가시키기 위한 아날로그 리셋 회로를 적용시킨 시그마-델타 아날로그-디지털 컨버터 | |
RU63623U1 (ru) | Устройство выборки и хранения | |
KR102484142B1 (ko) | 기준 전압의 변화량을 입력 레벨에 관계없이 균등하게 만드는 스위치드 커패시터 회로 | |
JP2011040985A (ja) | Ad変換器 | |
US8836549B2 (en) | Use of logic circuit embedded into comparator for foreground offset cancellation | |
JP3843232B2 (ja) | デルタシグマ変換器のオフセット補正装置及び電力量計 | |
RU2602351C1 (ru) | Преобразователь напряжения в частоту импульсов | |
RU2818692C1 (ru) | Акселерометр | |
RU2595487C1 (ru) | Устройство выборки и хранения | |
JP2012088281A (ja) | 角速度センサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20091230 |