SU943854A1

SU943854A1 - Analog storage

Info

Publication number: SU943854A1
Application number: SU803224662A
Authority: SU
Inventors: Олег Самуилович Андреев; Валерий Анатольевич Калынюк; Марк Михайлович Корытный; Игорь Борисович Мелихов
Original assignee: Предприятие П/Я В-2119
Priority date: 1980-12-26
Filing date: 1980-12-26
Publication date: 1982-07-15

Description

Изобретение относитс к вычислительной и контрольно-измерительной технике и может использоватьс в аналого-цифровых преобразовател х, сист.емах сбора и передачи информации , устройствах аналого-цифрового ввода/вывода дл св зи с вычислительной машиной.The invention relates to computing and instrumentation technology and can be used in analog-digital converters, data acquisition and transmission systems, analog-digital input / output devices for communication with a computing machine.

Известны аналоговые запоминающие устройства, в которых использование контуров отрицательной обратной св зи позвол ет устранить погрешности, св занные с неидеальными свойст;вами усилителей, вход щих в состав устройств . Эти устгхэйства включают в себ усилители, накопительный элемент , например конденсатор, ключи и шину нулевого потенциала 1,Analog memory devices are known in which the use of negative feedback loops eliminates the inaccuracies associated with the non-ideal properties of the amplifiers included in the devices. These devices include amplifiers, a storage element, such as a capacitor, switches, and a zero potential bus 1,

Недостатком известных устройств вл етс низкое быстродействие.A disadvantage of the known devices is low speed.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс аналоговое запоминающее устройство, содержащее первый и второй усилители, один вход первого усилител через первый и второй ключи соединен соответственно с входом и выходом устройства , другим входом подключенный к одному входу второго усилител , накопительному элементу, например одной обкладке конденсатора, соединен ного другой своей обкладкой с шиной нулевого потенциала, и через третий ключ - к своему выходу, первый и второй элементы св зи, другой вход второго усилител через первый элемент св зи подключен к выходу первого усилител , а через второй элемент св зи - к выходу второго усилител и выходу устройства 2.The closest in technical essence to the present invention is an analog storage device comprising first and second amplifiers, one input of the first amplifier through the first and second keys connected respectively to the input and output of the device, another input connected to one input of the second amplifier, a storage element, for example the capacitor plate, connected by another lining to the zero potential bus, and through the third key to its output, the first and second communication elements, the other input of the second will amplify l through the first coupler connected to the output of the first amplifier, and through a second coupler - to the output of the second amplifier and the output device 2.

Это устройство обладает хорошими статическими параметрами, однако ди .намические параметры низкие. Быстродействие и динамическа точность в режиме выборки определ ютс параметрами в основном первого усилител , поскольку второй усилитель в режиме выборки не вли ет на зар д накопительного элемента, В случае оптимальной коррекции передаточна характеристика первого усилител вл етс однополюсной и определ етс выражением„This device has good static parameters, however, the dynamic parameters are low. The speed and dynamic accuracy in the sampling mode are determined by the parameters of the main first amplifier, since the second amplifier in the sampling mode does not affect the charge of the storage element. In the case of optimal correction, the transfer characteristic of the first amplifier is unipolar and is determined by

где К - статический коэффициентwhere K is a static coefficient

передачи первого усилител ; С, - посто нна времени первот-оtransmitting the first amplifier; C, is the constant time of the first

усилител ; Р - оператор Лапласа. Функци реакции схемы при ступен чатом входном воздействии tp 4 -t-i4 Оригинал выражени (2) определ ет переходную характеристику первого усилител , откуда можно найти от носительную пограиность устройства в режш-ie выборки Ha)-K,p-exp t/r J3j ( f(t)--t-ha)--exp(-tfti), (4) где H.(t),h(t) - переходна и нормированна переходна характеристики /стройства в режиме вы , борки; ( J(t) - относительна погреш ность устройства в режиме выборки; t - текущее врем (врем выборки). Выражение (4) св зывает быстродей ствие и точность устройства в динамике « Действительно, в статическом режиме выборки при fj Т пограиность устройства достигает своего минималь ного значени , определ емого только статическим коэффициентом передачи усилителей, одна;о быстродействие устройства из-за значительного времени выборки становитс крайне низКИМ . Уменьшение времени выборки дл повьЕлени быстродействи неминуемо влечет за собой снижение точности в |соответствии с (4) . Снижение точности при этом не восполн етс увеличением коэффициентов передачи усилителей , а наоборот ухудшаетс устойчи вость работы устройства. Целью изобретени вл етс повышение быстродействи и точности устройства . Поставленна цель достигаетс тем что в устройство, содержащее основной накопительный элемент, например основной конденсатор, одна из обкладок которого соединена с шиной нулевого потенциала, первый усилитель, один из входов которого соединен с выходами первого и второго ключей. вход первого ключа вл етс входом устройства, второй усилитель, охва ченный по одному из входов обратной св зью через первый пассивный элемен например первый резистор, выход второго усилител соединен с входом второго ключа и вл етс выходом устройства, друга обкладка основног конденсатора подключена к другим входам первого и второго усилителей и к выходу Третьего ключа, вход которого соединен через второй пассив (2) ный элемент, нап;ример второй резистор , с первым входом второго усилител , введены третий усилитель и дополнительный накопительный элемент, например дополнительный конденсатор, одна из обкладок которого соединена с выходом второго усилител , а друга обкладка - с выходом первого усилител и с входом третьего усилител , выход которого подключен к входу третьего ключа. На чертеже изображена функциональна схема предложенного устройства. Устройство содержит усилители 1-3, накопительные элементы, например конденсаторы 4 и 5, ключи 6-8, пассивные элементы, например резисторы 9 и 10, и шину 11 нулевого потенциала . Предложенное устройство функционирует следующим образом. Усилитель 1 выполн етс с высоким выходным сопротивлением (усилитель тока), а усилитель 3-е высоким входным и низким выходным сопротивлением . .В режиме выборки замкнуты ключи 6 и 8 и разомкнут ключ 7. Конденсатор 4 через усилители 1 и 3 зар жаетс до напр жени , равного напр жению на входе устройства. Напр жение с конденсатора 4 прикладываетс к одному из входов усилител 2 и, при значительном коэффициенте его передачи, одновременно присутствует на его другом входе, а также на резисторе 10 благодар замкнутому ключу 8, поэтому напр жение на выходе устройства близко к входному напр ;жению . Если коэффициент передачи усилител 3 равен единица, то его входное и выходное напр жение равны. Поскольку выходное напр жение усилител 1 равно при этом напр жению на конденсаторе 4, то напр жени на обкладках конденсатора 5 практически равны и этот конденсатор в режиме выборки не вли ет на работу устройства и врем установлени напр жени на конденсаторе 4, т.е. врем выборки определени передаточной функцией усилителей 1 и 3. В режиме хранени состо ние ключей 6-8 устройства измен етс на противоположное , при этом на конденсаторе 4 в течение определенного времени сохран етс напр жение, равное мгновенному значению входного напр жени в момент изменени состо ни ключей 6-8. Это напр жение прикладываетс к соединенному с конденсатором 4 одному из входов усилител 1, а на другой его вход через ключ 7 подаетс напр жение с выхода устройства . Поскольку усилитель 1 охвачен контуром отрицательной обратной св зи через усилители 2 и 3 и ключ 7, то напр жени на входах усилител 1 равны, поэтому напр жение на выходе устройства в режиме равно тому входному напр жению, которое оно имело при переходе из режима выборки в режим хранени . При этом конденсатор 5 оказываетс включенным в цепь отрицательной обратной св зи и вли ет на общую передаточную характеристнку устройства. Усилитель 3 работает с единичным коэффициентом передачи,поэтому может быть достаточно широкополосным . Усилитель 2 через резисторы 9 и 10 охвачен местным контуром отрицательной обратной св зи, следовательно , полюс его передаточной характеристики в соответствующей степени сдвинут в область высоких частот , поэтому характеристики устройства в рабочей полосе частот в основном определ ютс усилителем 1. Тогда суммарна передаточна характеристика устройства от одного иэ входов усилител 1 к выходу устройс . ва в режиме хранени определ ет выражением г--«-оСр(1+Ч)где Wj - передаточна характеристика усилител 1; Kj - коэффициент передачи усилител 2; RQ - выходное сопротивление усилител 1; емкость конденсатора 5. В известном устройстве, где отсут ствует конденсатор 5, передаточна функци равна Wj - ,,,(7) где w - передаточна характеристика первого усилител . Дл обеспечени одинаковой статической точности и устойчивости работы известного устройства и предложенного должно выполн тьс условие ,1 , которое с учетом (5) и (7) записываетс следующим образом: -1 К. W. Kj. -ГТрТз, Отсюда можно выразить передаточную характеристику усилител 1 через передаточную характеристику первого усилител в известном устройстве при сохранении дл обоих устройств одинаковой статической точности и усто чивости Vl (И-рГг). (9) Из (9) следует, что передаточна ха рактеристика усилител 1 в предложе ном устройстве имеет дополнительный ноль по сравнению с аналогичной характеристикой известного. Благодар этому по вл етс возможность подбором- конденсатора 5 скомпенсиоовать ноль передаточной характеристики аналогового запоминающего устройства, тем самым значительно уменьшить посто нную времени усилител 1. Так, при выборе одинаковых первого усилител в известном и усилител 1 в предложенном устройствах при одинаковой предельной статической точности обеих устройств погрешность, определ ема как функци текущего времени ( времени выборки) в предложенном устройстве , много ниже, чем в известном. Это позвол ет уменьшить врем выборки , тем самым повысив быстродействие. Действительно, переходна характерисика усилител 1, определ ема по (9) с учетом (1) равна иШ--к (-|i)eicp« H7ti)--K W(4.), откуда нормированна переходна характеристика и относительна погрешность устройства составл ют V)(t)--l4Kri/T,)exp (Ч)ГО, )--(-hU)--H-%)expK/Tn). (10) Так, дл времени выборки ,96Ci и подборе Т и t:/2. с тoчнocт-JЮ 10%,т.е. Сг/С - 0,9, погрешность устройства как функци времени выборки в известной и предложенной схемах определ ет выражени ми (4) и (10) (f(t) ехр(-6,96 10 0,1%, (f (t) (l-0,9)exp(-6,) 10 0,01%. Таким образом, при сохранении неизменными устойчивости работы, времени выборки и предельной статической точности в предложенном устройстве , в отличие от известного скорость приближени точности к предельной статической точности намного выше , и наоборот при сохранении неизменными устойчивости работы, предельной статической точности и фиксировании одинаковой точности в известном и предложенном устройствах, врем выборки в новой схеме намного меньше. Введение новых элементов и св зей улучшает, таким образом, динамические свойства аналогового запоминающего устройства, чем достигаетс повьшение быстродействи и точности в предложенном устройстве. Благод 1р amplifier; P - Laplace operator. The function of the circuit response at step input tp 4 -t-i4 The original expression (2) defines the transient response of the first amplifier, from where you can find the relative margin of the device in the sample ie Ha) -K, p-exp t / r J3j (f (t) - t-ha) - exp (-tfti), (4) where H. (t), h (t) are transitional and normalized transitional characteristics / devices in the mode of you, borky; (J (t) is the relative error of the device in the sampling mode; t is the current time (sampling time). Expression (4) relates the speed and accuracy of the device in dynamics "Indeed, in the static sampling mode at fj T, the device’s limit reaches its the minimum value determined only by the static gain of the amplifiers is one; the device’s performance becomes extremely low due to the considerable sampling time. Reducing the sampling time to improve performance inevitably leads to a decrease This accuracy is in accordance with (4). A decrease in accuracy does not compensate for by an increase in the gains of the amplifiers, but rather deteriorates the stability of the device. The aim of the invention is to improve the speed and accuracy of the device. a storage element, for example, a main capacitor, one of the plates of which is connected to the zero potential bus, the first amplifier, one of the inputs of which is connected to the outputs of the first and second keys. the input of the first switch is the input of the device, the second amplifier is looped back through one of the inputs through the first passive element, for example, the first resistor, the output of the second amplifier is connected to the input of the second switch and is the output of the device, the other cover of the main capacitor is connected to other inputs the first and second amplifiers and to the output of the Third key, whose input is connected via the second passive (2) element, for example, the second resistor, with the first input of the second amplifier, the third amplifier and the additional a storage element, such as an additional capacitor, one of the plates of which is connected to the output of the second amplifier, and the other plate to the output of the first amplifier and to the input of the third amplifier, the output of which is connected to the input of the third key. The drawing shows a functional diagram of the proposed device. The device contains amplifiers 1-3, accumulative elements, such as capacitors 4 and 5, switches 6-8, passive elements, such as resistors 9 and 10, and a zero-potential bus 11. The proposed device operates as follows. Amplifier 1 is made with a high output impedance (current amplifier), and the amplifier 3 is made with high input and low output impedance. In the sampling mode, the keys 6 and 8 are closed and the key 7 is opened. The capacitor 4 is charged through the amplifiers 1 and 3 to a voltage equal to the input voltage of the device. The voltage from the capacitor 4 is applied to one of the inputs of the amplifier 2 and, with a significant transmission coefficient, is simultaneously present at its other input as well as on the resistor 10 due to the closed switch 8, therefore the voltage at the output of the device is close to the input voltage; If the gain of the amplifier 3 is one, then its input and output voltages are equal. Since the output voltage of amplifier 1 is equal to the voltage on the capacitor 4, the voltage on the plates of the capacitor 5 is almost equal and this capacitor in the sampling mode does not affect the operation of the device and the time for setting the voltage on the capacitor 4, i.e. the sampling time of the transfer function of amplifiers 1 and 3. In the storage mode, the state of the device keys 6-8 is reversed, while on the capacitor 4 a voltage equal to the instantaneous value of the input voltage is maintained for a certain time keys 6-8. This voltage is applied to one of the inputs of amplifier 1 connected to the capacitor 4, and a voltage is supplied to the other input through the switch 7 from the device. Since amplifier 1 is covered by a negative feedback loop through amplifiers 2 and 3 and switch 7, the voltage at the inputs of amplifier 1 is equal, therefore the voltage at the output of the device in the mode is equal to the input voltage that it had when going from sample mode to storage mode. In this case, the capacitor 5 is included in the negative feedback circuit and affects the overall transmission response of the device. Amplifier 3 works with a single transmission coefficient, so it can be quite broadband. The amplifier 2 through the resistors 9 and 10 is covered by the local negative feedback circuit, therefore, the pole of its transfer characteristic is shifted to the high frequencies to the appropriate degree, therefore the device characteristics in the working frequency band are mainly determined by the amplifier 1. Then the total transfer characteristic of the device one of the inputs of the amplifier 1 to the output device. va in storage mode is determined by the expression g - «- oCp (1 + H) where Wj is the transfer characteristic of amplifier 1; Kj is the gain of amplifier 2; RQ is the output impedance of amplifier 1; capacitor capacitance 5. In the known device, where there is no capacitor 5, the transfer function is Wj - ,,, (7) where w is the transfer characteristic of the first amplifier. To ensure the same static accuracy and stability of the operation of the known device and the proposed one, the condition, 1, which, taking into account (5) and (7), should be fulfilled, is as follows: -1 K. W. Kj. -GTrTz; Hence, the transfer characteristic of amplifier 1 can be expressed in terms of the transfer characteristic of the first amplifier in the known device while maintaining for both devices the same static accuracy and stability Vl (I-rGg). (9) From (9) it follows that the transfer characteristic of amplifier 1 in the proposed device has an additional zero as compared with the similar characteristic of the known one. Due to this, it is possible by selecting a capacitor 5 to compensate for the zero transfer characteristic of an analog storage device, thereby significantly reducing the time constant of amplifier 1. Thus, when choosing the same first amplifier in the known and amplifier 1 in the proposed devices with the same maximum static accuracy of both devices the error, defined as a function of the current time (sampling time) in the proposed device, is much lower than in the known. This reduces the sample time, thereby increasing speed. Indeed, the transient response of amplifier 1, defined by (9) with regard to (1), is equal to ШИ - к (- | i) eicp "H7ti) - KW (4.), Whence the normalized transition characteristic and the relative error of the device are V) (t) - l4Kri / T,) exp (P) GO,) - (- hU) - H -%) expK / Tn). (10) So, for sampling time, 96Ci and selection of T and t: / 2. with a precision of 10%, i.e. Cr / C - 0.9, the error of the device as a function of the sampling time in the known and proposed schemes is determined by the expressions (4) and (10) (f (t) exp (-6.96 10 0.1%, (f ( t) (l-0.9) exp (-6,) 10 0.01%. Thus, while maintaining stability of operation, sampling time and maximum static accuracy in the proposed device, as opposed to the known speed of approaching the accuracy to the limit static accuracy is much higher, and vice versa while maintaining stability of operation, maximum static accuracy and fixing the same accuracy in and well-known and proposed devices, the sampling time in the new scheme is much less. The introduction of new elements and connections improves the dynamic properties of the analog storage device, thus increasing the speed and accuracy of the proposed device. Benefit 1р

Claims

Claim

An analog storage device containing a main storage element, for example, a main capacitor, one of the plates of which is connected to the zero potential bus, the first amplifier, one of the inputs of which is connected to the outputs of the first and second keys, the input of the first key is the input of the device, the second amplifier, covered by feedback of one of the inputs through the first passive element, for example, the first resistor, the output of the second amplifier is connected to the input of the second key and is the output of the device, the other main lining an external capacitor is connected to other inputs of the first and second amplifiers and to the output of the third key, the input of which is connected through a second passive element, for example, a second resistor, to the first input of the second amplifier, characterized in that, in order to improve the speed and accuracy of the device, a third amplifier and an additional storage element, for example, an additional capacitor, one of the plates of which is connected to the output of the second amplifier, and the other plate - with the output of the first amplifier and with the input of the third amplifier divisor, whose output is connected to the input of the third switch.