SU746738A1 - Аналоговое запоминающее устройство - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно, к аналоговым запоминающим устройствам, и может быть использовано к качестве устройства долговременного хранения исходных данных в вычислительных машинах, а также в следящих системах и задающих устройствах регуляторов и блоках импульсного интегрирования на большие постоянные времени интегрирования.

Известны аналоговые запоминающие устройства и аналоговые схемы запоминания с компенсацией дрейфа, содержащие интегратор, переключатель для задания режима работы интегратора и средством для стабилизации выходного напряжения интегратора, блок коррекции М/ИиЦз].

Блок коррекции включается в цепь обратной связи интегратора и вырабатывает импульсы коррекции, предназначенные для компенсации дрейфа выходного напряжения интегратора, вызываемого такими дестабилизирующими факторами как утечка конденсатора обратной связи,’ собственный дрейф (временной и температурный) операционного усилителя и г. п. Недостатками подобных устройств являются сложность выполнения схемы блока коррекции, включающей в себя наряду с аналоговыми элементами элементы дискретной техники, как например, триггера, а также то обстоятельство, что выходное напряжение интегратора совершает небольшие колебания относительно фиксированных значений, что снижает точность запоминания.

Известно также устройство, содержа' щее интегратор, ι вход которого соединен с выходом переключателя, блок коррекции, состоящий из последовательно соединенных генератора низкой частоты,. _п узла синхронизации и генератора высокой частоты £4].

Недостатки устройства - малая точность запоминания выходного напряжения интегратора и пониженная надеж3 746738

4ость, обусловленная плохой помехоус- ⁴ гойчивостью.

Недостаточная точность запоминания вызвана выполнением выходных узлов блока коррекции. Так в выходной цепи блока коррекции применена цепочка из двух (или четырех), параллельно и встречно включенных диодов, в результате ' ми ключа, при этом выход ключа соединен с шиной нулевого потенциала.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства с включением конденсатора между выходом ключа и шиной ну— левого потенциала, на фиг. 2 - то же, с включением конденсатора между первым- и вторым входами ключа. „ Устройство содерх<ит интегратор 1, блок 2 коррекции, переключатель 3, выход 4 блока 2 коррекции соединен с одним контактом переключателя 3, вход устройства 5 соединен с другим контактом переключателя- 3, перекидной контакт переключателя 3 соединен со входом интегратора 1. Выход интегратора 1 является выходом 6 устройства и од— - новременно входом 7 блока 2 коррекции.

Блок 2 коррекции состоит из генератора 8 низкой частоты, с первым 9 и вторым 10 выходами, узла 11 синхронизации, генератора 12 высокой частоты, ограничителя 13. зарядного тока^например, резистора, накопительного элемента 14, например, конденсатора, ограничителя 15 разрядного тока, например, резистора^ управляемого ключа 16, с управляющим входом 17, первым 18 и ч вторым 19 входами и выходом 20.

создается порог по напряжению (*»100 мВ), определяемый параметрами диодов. Им— ...... nynbcbi коррекции, амплитуда которых ниже этого порога, не проходят на’вход интегратора и процесс компенсации дрейфа выходного напряжения интегратора прекращается, т. е. образуотся' еюна не— ‘ чувствительности, что снижает точность запоминания. Причем из-за температурной нестабильности параметров диодов 'увеличивается температурная погрешность устройства.

Далее, выходная характеристика блока коррекции (т. е. зависимость амплитуды ' и полярности импульсов коррекции от ‘ отклонения выходного напряжения интегратора от устойчивого фиксированного; значения) не является мягкой и симметричной отнОСитёльйо устойчивой точки, где импульсы коррекции равны нулю, а сами импульсы коррекции имеют различную форму и выбросы. Из-за сильной связи через диоды выхода транзисторного ключа со входом операционного усилителя интегратора схема возбуждается, что также, приводит ¹ ' к понижению точности запоминания.

Кроме этого, из-за плохой помехоустойчивости (особенно в области высокочастотных помех и шумов) известное устройство предъявляет повышенное требование к кратковременной стабильности компонентов схемы.

25'

Цель изобретения - повышение точности запоминания устройства и его помехоустойчивости.

Для достижения указанной цели в блок ⁴⁵ коррекции введен накопительный элемент, например, конденсатор, ключ, ограничители зарядного и разрядного тока, причем второй выход генератора низкой частоты соединен с управляющим входом ключа, выход генератора высокой частоты через ограничитель зарядного тока соединен.сс первым входом ключа, второй вход которого соединен Перез ограничитель разрядного тока и переключатель со входом уст-⁵ ройства, а конденсатор вклййё'й ИЛИ между выходом ключа и шиной нулевого потёнЦиала, или между первым и вторым в хода50

Принцип действия устройства, заключается в следующем.

Выходное напряжение интегратора 1 поступает на вход генератора 8 низкой частоты, который обеспечивает на своем выходе 10 периодический сигнал в виде импульсов, у которых временной интервал зависит от выходного напряжения. Это осуществляется сравнением пилообразного напряжения, вырабатываемого генератором 8 с выходным напряжением. Момент сравнения определяет конец этого временного интервала и, по временной шкале, соответствует какому-то определенному значению выходного напряжения. При этом размах пилообразного напряжения выбирается исходя из рабочего диапазона значений выходного напряжения на выходе устройства, а начало пилообразного напряжения фиксируется по напряжению.

Синхронно с пилообразным напряжением с выхода 9 генератора 8 через узел синхронизации запускается генератор высокой частоты, который вырабатывает серию двухполярных прямоугольных импульсов, частота которых много выше частоты генератора 8. При этом, очевидно, что по временной шкале каждый из замыкает на шину нулевого уже другую обкладку конден1 случае конденсатор 14 разря— периодов этой серии импульсов соответствует определенному участку пилообразного напряжения. Отсюда также можно прёд— ставить, что весь диапазон значений выходного. напряжения с помощью импульсов генератора 12 высокой частоты как бы разбивается на дискретные участки, и чем выше отношение частот генерато, ров 8, 12, тем этих участков больше. Отметим также, что момент сравнения периодически всегда приходится на один из этих участков, тем самым как бы выделяя соответствующий период импульсов генератора 12 высокой частоты.

До момента времени сравнения ключ 16 находится в положении указанном на фиг. 1, и замыкает на шину нулевого потенциала одну из обкладок конденсато— ' ра 14. Двухполярные импульсы генератора 12 заряжают конденсатор 14 через ; ограничитель 13 и форма напряжения на другой обкладке конденсатора 14 соответствует напряжению на конденсаторе. В момент сравнения ключ 16 срабатывает и потенциала сатора 14.

В этом жается через ограничитель 15 разрядного тока на вход интегратора 1, образуя зо импульс коррекции, причем амплитуда импульса определяется величиной напряжения, до которого зарядился конденсатор 14 в момент времени сравнения выходного сигнала, а знак'изменяется на проти- 35 вополож^ый. Импульсы коррекции с ог- раничителя 15 поступают на вход интегратора 1 различной полярности и амплитуды, интегрируются им, в результате чего выходное напряжение интегратора 1 поддерживается на фиксированном уровне неопределенное время, несмотря на воздействие на интегратор 1 возмущающих факторов (таких как дрейф усилителя и утечка конденсатора самого интеграто— 45 ра).

Рассмотрим более подробно процесс стабилизации выходного напряжения интегратора Г. Пусть в какой-то момент времени выходное напряжение на выходе интегратора 1 таково, что генератор 8 вырабатывает импульсы с определенным интервалом времени. Тогда на вход интегратора 1 поступают импульсы коррекции, например, с ограничителя 15 отрицатель-⁵⁵ ной полярности. Эти импульсы, проинтегрированные интегратором 1, будут повышать величину выходного напряжения ин— пор, пока интервал времени у

746738 6 теграгора 1, что в свою очередь увеличит интервал времени. Это будет продолжаться до тех импульсов генератора 8 не станет равным интервалу времени, в котором импульс коррекции равен нулю и который соответствует заряду конденсатора 14.

Импульсы коррекции прекратятся, поскольку напряжение на конденсаторе 14 равно нулю, а выходное напряжение интегратора 1 примет какое-то фиксированное значение. Если в силу какихто причин (дрейфа или утечки) выходное напряжение интегратора 1 станет больше этого фиксированного значения, тогда генератор 8 вырабатывает импульсы с другим интервалом времени. В этом случае на вход интегратора 1 будут поступать импульсы коррекции положительной полярности. Это в свою очередь будет уменьшать выходное напряжение Интегратора 1 и соответственно уменьшать интервал времени интегратора. Πίροцесс компенсации будет продолжаться до тех пор, пока выходное· напряжение •интегратора 1 не достигнет фиксированного значения.

Поэтому все временные интервалы, вырабатываемые генератором 8 и расположенные в интервале времени, равному периоду колебаний генератора 12, всегда фиксируются б интервал времени, в котором импульс коррекций равен нулю. Очевидно, что и другие фиксированные точки расположены по временной шкале в обе стороны от интервала времени на расстоянии, кратном периоду импульсов генератора 12. А это в свою очередь соответствует тому, что диапазон выходного напряжения интегратора 1 разбивается на ряд фиксированных значений. Причем число этих фиксированных значений определяется соотношением частот генераторов 8 и 12.

Другой вариант подключения конденсатора 14 (см. фиг. 2) не меняет принципа выработки импульсов коррекции, но поскольку знак заряда конденсатора 14 при переключении ключа 16 не меняется, то в этом случае фиксированное значение будет другое.

Процесс стабилизации выходного напряжения интегратора 1 вокруг любого фиксированного значения осуществляется точно и плавно. Любое возмущение вызванное дестабилизирующими факторами, отрабатывается полностью интегратором 1 с постоянной времени, определяемой величи- .

нами ограйичителя 15 и конденсатора интегратора 1 (т. е. полностью отсутст-ι Вует статическая ошибка отработки), отсутствует пульсация выходного напряжения по сравнению со схемами известных УСТРОЙСТВ. ——— =Импульсы коррекции вырабатываются симметрично относительно фиксированного значения (для фиг. 1), причем их амплитуда увеличивается линейно с удалением от этого значения. Использование резисторно-емкостного фильтра прИ|. формировании импульсов коррекции (заряД-разряд конденсатора 14) существенным образом увеличило помехоустойчивость схемы в области высоких частот и особенно шумов.

Все это позволяет получить в предлагаемом устройстве новый качественный эффект, выражающийся в увеличении точности запоминания устройства наряду с повышением помехоустойчивости.

По предложенной схеме разработки и изготовлены опытные образцы запоминающих устройств, выполненных на боль- : ших гибридных интегральных микросхемах частотного применения.

Опытные образцы приняты междуведомственной комиссией и рекомендованы для серийного производства.

Claims (4)

1. Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, а именно, к аналоговым запоминающим устройствам и может быть использовано к качестве устройства долговременного хранени  исходных данных в вычислительных маш нах, а также в след щих системах и за дающих устройствах регул торов и блоках импульсного интегрировани  на боль шие посто нные времени интегрировйни  Известны аналоговые запоминающие устройства и аналоговые схемы запоминани  с компенсацией дрейфа, содержащие интегратор, переключатель дл  задани  режима работы интегратора и средством дл  стабилизации выходного напр жени  интегратора, блок коррекцйи11 , |-3. Блок коррекции включаетс  в цепь обратной св зи интегратора и вырабатывает импульсы коррейции, предназначенные дл  компенсации дрейфа выходно напр жени  интегратора, вызываемого такими дестабилизирующими факторами как утечка конденсатора обратной св зи, собственный дрейф (временной и температурный ) операционного усилител  и т. п. Недостатками подобных устройств  вл ютс  сложность выполнени  схемы блока коррекции, включающей в себ  нар ду с аналоговыми элементами элементы дискретной техники, как например, триггера, а также то обсто тельство, что выходное напр жение интегратора совершает небольшие колебани  относительно фиксированных значений, что снижает точность запоминани . Известно также устройство, содержащее интегратор, t вход которого соединен с выходом переключател , блок коррекции , состо щий из последовательно соединенных генератора низкой частоты,. узла синхронизации и генератора высокой частоты . Недостатки устройства - мала  точность запоминани  выходного напр же- |ни  интегратора и пониженна  надежlocfb , обусловленна  плохой помехоусгойчивостью . Недостаточна  точность запоминани  вызвана выполнением выходных узлов блока коррекции. Так в выходной цепи блока коррекции применена цепочка из двух (или четырех), параллельно и встречно включенных диодов, в результате создаетс  порог по напр жению («100 мВ определ емый параметрами диодов. Им- йульсь коррекции, амплитуда которых этого порога, не прохой т навход интегратора и процесс компенсации дрейфа выходного напр жени  интегратора прекращаетс , т. е. образуёт с  йбйа йёчувствительности , что снижает точность запоминани . Причем из-за температурной нестабильности параметров диодов - -yg§jjgi|gggefей температурна  погрешность устройства. Далее, выходна  характеристика блока коррекции (т. е. зависимость амплитуды и пол рности импульсов коррекции от откпоненй  выходного напр жени  интегратора от устойчивого фиксирЬвйнноГо; значени ) не  вл етс  м гкой и симметричнрй относитёльйо устойчивой точки, где импульсы коррекции равны нулю, а са мй импульсы коррекции имеют различную форму и выбросы. сильной св зи через Диоды выхода транзисторного ключа со входом операционного усилител  интеграто ра схема возбуждаетс , что также/приводи к понижению точности запоминани . Кроме этого, из-за плохой помехоустойчивости {особенно в области высокочастотных помех и шумов) известное устройство предъ вл ет повышенное требование к кратковременной стабильности компонентов схемы. Цель изобретени  - повышение точнос ти запоминани  устройства и его помехо устойчивости. Дл  достижени  указанной цели в бло коррекции введен накопительный элемент йа1рйМёр; конденсатор, ключ, ограййчите ли зар дного и разр дного тока, причем второй выход генератора низкой частоты соединен с управл ющим входом ключа, выход генератора высокой частоты через ограничитель зар дного тока соединен.с первым входом ключа, второй BXOJDI которого соединен Яереа ограничитель разр  ного тока и переключатель со входом ус ройЬтва, а конденсатор вкйШШййи меж выходом ключа и шиной Нулеврт о потен- йиала, ийн между первым и вторым в ход ми ключа, при этом выход ключа соединен с шиной нулевого потенциала. На фиг. 1 изображена функциональна  схема устройства с включением конденсатора между выходом ключа и шиной ну-левого потенциала, на фиг. 2 - то же, с включением конденсатора между первым- и вторым входами ключа. - v Устройство содержит интегратор 1, блок 2 коррекции, переключатель 3, выход 4 блока 2 коррекции соединен с одним контактом переключател  3, вход устройства 5 соединен с другим кортактом переключател - 3, перекидной контакт переключател  3 соединен со входом интегратора 1. Выход интегратора I вл етс  выходом 6 устройства и од- повременно входом 7 блока 2 коррекции. Блок 2 коррекции состоит из генератора 8 низкой частоты, с первым 9 и вторым 1О выходами, узла 11 синхронизации , генератора 12 высокой частоть, ограничител  13. зар дного тока например , резистора, накопительного элемента 14, например, конденсатора, ограничител  15 разр дного тока, например, резистора,, управл емого ключа 16, с управл ющим входом 17, первым 18 и вторым 19 входами и выходом 20. Принцип действи  устройства, заключаетс  в следующем. Выходное напр жение интегратора 1 поступает на вход генератора 8 низкой частоты, который обеспечивает на своем выходе 10 периодический сигнал в виде импульсов, у которых временной интервал зависит от выходного напр жени . Это осуществл етс  сравнением пилообразного напр жени , вырабатываемого генератором 8 с выходным напр жением. Момент сравнени  определ ет конец этого временного интервала и, по временной шкале, соответствует какому-то определенному значению выходного напр жени . При этом размах пилообразного напр жени  выбираетс  исход  из рабочего диапазона значений выходного напр жени  на выходе устройства, а начало пилообразного напр жени  фиксируетс  по напр жению . Синхронно с пилообразным напр жением с выхода 9 генератора 8 через узел II синхронизации запускаетс  генератор 12 высокой частоты, котюрый вырабатывает серию цвухпол рных пр моугольных импульсов, частот.а которых много выше частоты генератора 8. При этом, очевидно , что по временной шкале каждый и  периодов этой серии импульсов соответс вует определенному участку пилообразного напр жени . Отсюда также можно пре ставить, что весь диапазон значений выходного , напр жени  с помощью импульсо генератора 12 высокой частоты как бы разбиваетс  на дискретные участки, и чем выше отношение частот генерато, ров 8, 12, тем этих участков больше. Отметим .также, что момент сравнени  периодически всегда приходитс  на один из этих участков, тем самым как бы вы дел   соответствующий период импульсов генератора 12 высокой частоты. До момента времени сравнени  ключ 16 находитс  в положении указанном на фиг. 1, и замыкает на шину нулевого потенциала одну из обкладок конденсатора 14. Двухпол рные импульсы генератора 12 зар жают конденсатор 14 через ограничитель 13 и форма напр жени  на другой обкладке конденсатора 14 соответствует напр жению на конденсаторе . В момент сравнени  ключ 16 срабатывает и замыкает на шину нулевого потенциала уже другую обкладку конденсатора 14. В этом случае конденсатор 14 разр жаетс  через ограничитель 15 разр дного тока на вход интегратора 1, образу импульс коррекции, причем амплитуда им пульса определ етс  величиной напр жени , до которого зар дилс  конденсатор 14 в момент времени сравнени  выходно го сигна.ла, а знакизмен етс  на претивополож1 ый . Импульсы коррекции с ограничител  15 поступают на вход интегратора 1 различной пол рности и амплитуды , интегрируютс  им, в результате чего выходное напр жение интегратора 1 поддерживаетс  на фиксированном уров не неопределенное врем , несмотр  на воздействие на интегратор 1 возмущающих факторов (таких как дрейф усилител  и утечка конденсатора самого интегратора ). Рассмотрим более подробно процесс стабилизации выходного напр жени  интегратора 1. Пусть в какой-то момент времени выходное напр жение на выходе интегратора 1 таково, что генератор 8 вырабатывает импульсы с определенным интервалом времени. Тогда на вход интег ратора 1 поступают импульсы коррекции, например, с ограничител  15 отрицательной пол рности. Эти импульсы, проинтегрированные интеграторо:м 1, будут повышать величину выходного напр жени  ин- тегратора 1, что в свою очередь увеличит интервал времени. Это будет продолжатьс  до тех пор, пока интервал времени у импульсов генератора 8 не станет рав)1ым интервалу времени, в котором импульс коррекции равен нулю и который соответствует зар ду конденсатора 14. Импульсы коррекции прекрат тс , поскольку напр жение на конденсаторе 14 равно нулю, а выходное напр жение интегратора 1 примет какое-то фиксированное значение. Если в силу как.ихтЬ причин (дрейфа или утечки) выходное напр жение интегратора 1 станет больше этого фиксированного значени , тогда генератор 8 вырабатывает импульсы с интервалом времени. В этом случае на вход интегратора 1 будут поступать импульсы коррекции положи тельной пол рности. Это в свою очередь будет уменьшать выходное напр жение интегратора 1 и соответственно уменьшать интервал времени интегратора. Процесс компенсации будет продолжатьс  до тех пор, пока выходное- напр жение интегратора 1 не достигнет фиксированного значени . Поэтому все временные интервалы, вырабатываемые генератор м 8 и расположенные в интервале времени, равному периоду колебаний генератора 12, всегда фиксируютс  6 интервал времени, в котором импульс коррекции равен нулю. Очевидно, что и другие фиксированные точки расположены по временной шкале в обе стороны от интервала времени на рассто нии, кратном периоду импульсов генератора 12. А это в свою очередь соответствует тому, что диапазон выходного напр жени  интегратора 1 разбиваетс  на р д фиксированных значений. Причем число этих фиксированных значений определ етс  соотношением частот генераторов 8 и 12. Другой вариант подключени  конденсатора 14 (см. фиг. 2) не мен ет принципа вьфаботки импульсов коррекции, но поскольку знак зар да конденсатора 14 при переключении ключа 16 не мен етс , то в этом случае фиксированное значение будет другое. Процесс стабилизации выходного напр жени  интегратора 1 вокруг любого фиксированного значени  осуществл етс  точно и плавно. Любое возмущение вызваное дестабилизирутощими факторами, отра- атываетс  полностью интегратором 1 с посто нной времени, определ емой величинами ограйичител  15 и конденсатора интегратора 1 (т. е: полностью отсутст . вУ®,статическа  ошибка отработки), от| , пульсаций выходного напр жени  по сравнению со известных устройств. ----«--- -.-.--.,---, Импульсы коррекции вырабатываютс  симметрично относительно фиксированного значени  (дл  фиг. 1), причем их амплитуда увеличиваетс  линейно с удалением от этого значени . Использование резисторно-емкостного филЬтрЙ при фбр-мирбвании импульсов коррекции (зар д-разр д конденсатора 14) существенным образом увеличило прмехоустойчн области высоких частот и особенно шумов. Все это позвол ет получить в предлагаемом устройстве новый качественный эффект, выражающийс  в увеличений точности запоминани  устройства нар ду с повышением помехоустойчивости, По предложенной схеме разработки к изготовлены опытные образцыеЙпойинающих устройств, выполненных на больших гибридных интегральных микросхемах частотного применени . пытные образцы прин ты междуведом ственной комиссией и рекомендованы Д11  серийного производства. Формула изобретени  Анешоговое запоминающее устройство, содержащее интегратор, вход которого 7 8 соединен с выходом переключател , блок коррекции, состо щий из последовательно соединенных генератора низкой частоты, узла синхронизации и генератора высокой частоты, о т л ичающеес  тем, чть; с целью повышени  точности и помехоустойчивости устройства, в нем в блок коррекции ьведен накопительный элемент, например, конденсатор, ключ, ограничители зар дного и разр дного тока, причем второй выход генератора низкой частоты соединен с управл ющим входом ключа, выход генератора высокой частоты через ограничитель зар дного тока соединен с первым входом ключа, второй вход которого соединен через ограничитель разр дного тока и переключатель со входом устройства , а Конденсатор включен или между выходом ключа и шиной нулевого потенциала или между первым и вторым входами ключа, при этом выход ключа соединен с шиной нулевого потенциала. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 473218, кл. G 11 с 27/ОО.
2. 2.Патент США № 3783393 л. 328-127, 1974.
3. 3.Патент США №3784919, кп. 328-12t, 1974. .
4. 4.Патент Великобритании № 1274191, кл. q 3 R, 17.05.1972 (прототип).