SU733030A1 - Analog memory - Google Patents

Description

(54) АНАЛОГОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО(54) ANALOG STORAGE DEVICE

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано , например в аналого-цифровых преобразовател х контрольно-измерительных , вычислительных, телевизионных и других системах дл  осуществлени  временной дискретизации электрических сигналов. В насто щее врем  устройства выборки и хранени  мгновенных значений высокочастотного сигнала, например телевизионного, выполн ютс  по разомкнутой схеме с применением запоминающего и мостового диодного ключа, последовательно соединенного с источником входного сигнала. Основна  проблема, возникающа  при построении такого устройства - выбор схемы коммутации мостового диодного ключа. Наилучшие динамические и статические параметры устройства выборки и хранени  обеспечивает схема токовой коммутации мостового ключа. Известное устройство содержит входной усилитель-повторитель напр жени , сигнал с выхода которого подан на вход мостового диодного ключа, а с выхода мостового диодного ключа сигнал подан на одну из обкладок запоминающего конденсатора и вход выходного усилител -повторител  напр жени . Схема токовой коммутации устройства содержит два источника посто нного тока, между которыми в отпирающем направлении подсоедин етс  точками коммутации мостовой диодный ключ. Кажда  из точек коммутации соединена с одним из двух ответвительных диодов. Первый ответвительный диод соединен анодом с общими анодами диодов мостового диодного ключа. Втором ответвительный диод соединен катодом с общими катодами диодов мостового диодного ключа. На катод первого и анод второго ответвительных диодов поданы противофазные импульсы с выходов формировател  импульсов коммутирующего напр жени . В режиме выборки ответвительные диоды закрыты импульсами коммутирующего напр жени , и токи источников посто нного тока протекают через смещенные в пр мом направлении диоды мостового диодного ключа. Этим обеспечиваетс  его открытое состо ние, необходимое дл  зар да запоминающего конденсатора до мгновенного значени  напр жени  входного сигнала. В режиме хранени  токи источников посто нного тока переключаютс  коммутирующим напр жением через ответвительные диоды на выходы формировател  импульсов коммутирующего напр жени . Диоды мостового диодного ключа запираютс  и на запоминающем конденсаторе сохран етс  выбранное значение напр жени  входного сигнала . Дл  сохранени  независимости коммутационных параметров мостового диодного ключа от напр жени  входного сигнала -устройство со 1ержит схему слежени  положени  импульсов коммутирующего напр же-. ни  относительно нулевого потенциала за напр жением входного сигнала. Вход схемы слежени  подключен к выходу выходного усилител -повторител  напр жени , а выход - к щинам питани  формировател  импульсов коммутирующего напр жени  1. Недостатками этого устройства  вл ютс  малое быстродействие и низка  точность. Причина этих недостатков заключаетс  в конфигурации схемы токовой коммутации мостового диодного клк)ча, так как дл  переключени  последнего размах напр жени  между точками его коммутации должен быть близким к динамическому диапазону напр жений входного сигнала. В противном случае при быстрых изменени х входного сигнала возможно нарущение коммутации. Это приводит к по влению заметных погрещностей , св занных с проникновением на запоминающий конденсатор через паразитные емкости диодов мостового диодного ключа импульсов коммутирующего напр жени . Кроме того, повышенное запирающее напр жение на диодах мостового диодного ключа снижает его сопротивление утечки, что увеличивает погрешность в режиме хранени . В итоге ограничиваетс  быстродействие устройства и снижаетс  его точность.The invention relates to automation and computing and can be used, for example, in analog-to-digital converters of instrumentation, computational, television and other systems for implementing time sampling of electrical signals. At present, devices for sampling and storing instantaneous values of a high-frequency signal, such as a television signal, are performed in an open circuit using a memory and bridge diode switch connected in series with the input source. The main problem arising in the construction of such a device is the choice of the switching circuit of the bridge diode key. The best dynamic and static parameters of the sampling and storage device are provided by the current switching circuit of the bridge key. The known device contains an input amplifier-voltage follower, the signal from the output of which is fed to the input of the bridge diode key, and from the output of the bridge diode key a signal is fed to one of the plates of the storage capacitor and the input of the output amplifier-voltage repeater. The current switching circuit of the device contains two DC sources, between which the bridge diode switch is connected in the unlocking direction by the switching points. Each of the switching points is connected to one of two branch diodes. The first branch diode is connected by an anode with common anodes of diodes of a bridge diode key. The second branch diode is connected by a cathode with common cathodes of diodes of a bridge diode key. Antiphase pulses from the outputs of the switching voltage pulse generator are applied to the cathode of the first and anode of the second branch diodes. In the sampling mode, the branch diodes are closed by switching voltage pulses, and the currents of direct current sources flow through the diodes of the bridge diode switch that are shifted in the forward direction. This ensures that it is open to charge the storage capacitor to an instantaneous voltage value of the input signal. In the storage mode, the currents of the DC sources are switched by the switching voltage through the junction diodes to the outputs of the switching voltage generator. The diodes of the bridge diode switch are locked and the selected input voltage is stored on the memory capacitor. In order to preserve the independence of the switching parameters of the bridge diode key from the input signal voltage, the device with a holding circuit for tracking the position of the pulses of the switching voltage is. nor a relatively zero potential across the input voltage. The input of the tracking circuit is connected to the output of the output voltage amplifier, and the output is connected to the power supply of the switching voltage pulse generator 1. The disadvantages of this device are low speed and low accuracy. The reason for these drawbacks lies in the configuration of the current switching circuit of the bridge diode cluster, since in order to switch the latter, the voltage range between its switching points must be close to the dynamic range of the input voltage. Otherwise, if the input signal changes rapidly, the switching may be disturbed. This leads to the appearance of noticeable faults associated with the penetration of the storage capacitor through the parasitic capacitances of the diode bridge diodes to the switching voltage pulses. In addition, the increased blocking voltage on the diodes of the bridge diode switch reduces its leakage resistance, which increases the error in storage mode. As a result, the speed of the device is limited and its accuracy is reduced.

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  аналоговое запоминающее устройство, содержащее входной усилитель, с выхода которого сигнал подан на вхо, мостового диодного ключа, соединенного выходом с одной из обкладок запоминающего конденсатора и со входом выходного, усилител -повторител  напр жени . Коммутаци  ключа осуществл етс  одновременным изменением напр жени  тока в каждой из двух ветвей, подход щих к соответствующей точке коммутации мостового диодного ключа от формировател  импульсов коммутирующего тока. Кажда  точка коммутации мостового диодного ключа соединена с анодом первого и катодом второго ответвительныХ диодов, пол рность подключени  которых в точке коммутации противоположна пол рности диодов мостового диодного ключа на другие электроды первого и второго ответвительных диодов относительно шины нулевого потенциала поданы соответственно положительный и отрицательный посто нные запирающие потенциалы, разность междуThe closest in technical essence is an analog storage device containing an input amplifier, from whose output a signal is fed to the input, of a bridge diode key connected by an output to one of the plates of a storage capacitor and to an input of an output voltage amplifier. The switching of the key is carried out by simultaneously changing the voltage of the current in each of the two branches, which correspond to the corresponding switching point of the bridge diode key from the driver of the switching current. Each switching point of the bridge diode switch is connected to the anode of the first and the cathode of the second branch diode, the polarity of which at the switching point is opposite to the polarity of the diode of the bridge diode to the other electrodes of the first and second branch diodes relative to the zero potential bus, respectively, are supplied and negative constant locking potentials, the difference between

которымИ превышает динамический диапазон напр жений входного сигнала. В режиме выборки коммутирующие токи имеют направление , отпирающее дл  диодов мосто- вого диодного ключа.. Этим обеспечиваетс  его отпирание, необходимое дл  зар да запоминающего конденсатора до мгновенного значени  напр жени  входного сигнала. Первый и второй ответвительные диоды при этом закрыты запирающими потенциалами.which exceeds the dynamic range of the input voltage. In the sampling mode, the switching currents have a direction that is unlocked for the diodes of the bridge diode switch. This ensures its unlocking, which is necessary for charging the storage capacitor to the instantaneous value of the input voltage. The first and second branch diodes at the same time closed by the locking potentials.

16 В режиме хранени  коммутирующие токи измен ют свое направление на запирающее дл  диодов мостового диодного ключа. Ответвительные диоды открываютс  и между точками коммутации мостового диодного ключа устанавливаетс  запирающий перепад16 In the storage mode, the switching currents change their direction to the blocking diodes of the bridge diode switch. The tap-off diodes are opened and a blocking drop is established between the switching points of the bridge diode switch.

напр жени . Величина перепада определ етс  посто нными запирающими потенциалами , поданными к электродам ответвительных диодов 2..tension The magnitude of the difference is determined by the constant locking potentials applied to the electrodes of the branch diodes 2 ..

9 Недостатками этого устройства  вл ютс  низка  точность и быстродействие. Эти недостатки обусловлены тем, что на соответствующие электроды ответвительных диодов относительно шины нулевого потенциала поданы посто нные запирающие потенциалы, превышающие по абсолютной величине максимально возможную амплитуду входного сигнала соответствующей пол рности . В результате врем  выключени  мостового диодного ключа оказываетс  минкg мальным в середине диапазона напр жений входного сигнала и максимальным по его кра м.т. к. в зависимости от напр жени  входного сигнала запирающий перепад на диодах мостового диодного ключа измен етс  от минимального (обычно 0,5-1,0 В)9 The disadvantages of this device are low accuracy and speed. These disadvantages are due to the fact that constant locking potentials are applied to the corresponding electrodes of the branch diodes relative to the zero-potential bus, exceeding in absolute value the maximum possible amplitude of the input signal of the corresponding polarity. As a result, the turn-off time of the bridge diode switch is minimal in the middle of the input voltage range and maximum over its edge. depending on the voltage of the input signal, the blocking voltage across the diodes of the bridge diode switch varies from the minimum (usually 0.5-1.0 V)

5 до максимального, превышающего динамический диапазон напр жений входного сигнала . Это приводит к снижению точности устройства . Кроме того, повышенные несимметричные запирающие перепады напр жени  на диодах мостового диодного ключа привод т к по влению значительных погрешностей проникновени  импульсов коммутирующего тока на запоминающий конденсатор . В результате снижаетс  быстродействие устройства.5 to the maximum, exceeding the dynamic range of the input voltage. This leads to a decrease in the accuracy of the device. In addition, increased asymmetrical locking voltage drops on the diodes of the bridge diode switch lead to the appearance of significant errors in the penetration of switching current pulses into the storage capacitor. As a result, the speed of the device is reduced.

S Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  устройства.S The purpose of the invention is to improve the accuracy and speed of the device.

Эта цель достигаетс  тем, что в аналоговое запоминающее устройство, содержащее накопительный элемент, например конденсатор , одна обкладка которого соедине® на с щиной нулевого потенциала, а друга  обкладка - с входом повторител  напр жени , выход которого подключен к выходу устройства , усилитель, первый вход которого соединен со входом устройства, ключ, выполненный по мостовой схеме, к первой диагонали которой подключен, выход усилител  и вход повторител  напр жени , а к второй диагонали - выходы формировател  импульсов и одни из выводов нелинейныхThis goal is achieved in that an analog storage device containing a storage element, for example, a capacitor, one plate of which is connected to a zero potential, and the other plate is connected to the input of a voltage repeater, the output of which is connected to the output of the device, amplifier, first input which is connected to the input of the device, a key made according to a bridge circuit, to the first diagonal of which is connected, the output of the amplifier and the input of the voltage follower, and to the second diagonal - the outputs of the pulse shaper and one of the outputs nonlinear ode

элементов, введен ограничитель тока, выход которого соединен со вторым входом усилител , вторые выводы нелинейных элементов соединены с выходом повторител  напр жени .elements, a current limiter is introduced, the output of which is connected to the second input of the amplifier, the second terminals of the nonlinear elements are connected to the output of the voltage follower.

На чертеже показана схема аналогового запоминающего устройства.The drawing shows a diagram of an analog storage device.

Устройство содержит усилитель 1, ограничитель 2 тока, ключ 3, выполненный по мостовой схеме, накопительный элемент 4, например конденсатор, одна из обкладок которого соединена с шиной 5 нулевого потенциала , друга  обкладка - со входом повторител  6 напр жени , выход которого соединен со вторыми выводами нелинейных элементов 7 и 8, первые выводы которых соединены со второй диагональю мостовой схемы и выходами формировател  9 импульсов.The device contains an amplifier 1, a current limiter 2, a switch 3, made according to a bridge circuit, a storage element 4, for example a capacitor, one of the plates of which is connected to the bus 5 of zero potential, the other plate to the input of the voltage follower 6, the output of which is connected to the second the findings of nonlinear elements 7 and 8, the first conclusions of which are connected to the second diagonal of the bridge circuit and the output of the driver 9 pulses.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Дискретизируемый сигнал подаетс  на вход усилител  1. В режиме выборок противофазные импульсы с выходов формировател  9 импульсов отпирают ключ 3. Отпирающий ток протекает через выход формировател  9 импульсов, открытый ключ 3 и второй выход формировател  9 импульсов . Поскольку напр жение на выходе повторител  6 напр жени  равно напр жению на конденсаторе 4, то в линейном режиме вь1борки нелинейные элементы 7 и 8 заперты и на работу ключа 3 вли ни  не оказывают . В режиме хранени  ток через выходы формировател  9 импульсов измен ет свое направление и- замыкаетс  через нелинейные элементы 7 и 8, на которых создаетс  напр жение запирани  ключа 3, равное 1,4 В. Предусмотренное токоограничение выходного тока усилител  1 с помощью ограничител  2 необходимо дл  предотвращени  его перегрузки при возможном отпирании ключа 3, св занного непосредственно с выходом усилител  1. Это может произойти , если за врем  хранени  напр жение на входе ключа 3 изменитс  более чем на 0,5 В в положительном или отрицательном направлени х. При этом режим хранени  не нарущитс , так как диоды ключа 3, соединенные непосредственно с конденсатором 4 останутс  закрытыми. Если в режиме хранени  диоды ключа 3 не отпираютс , то суммарный ток, потребл емый нелинейными элементами 8 и 7 от повторител  напр жени  6 равен нулю. Ограничение запирающегос  перепада напр жени  на диодах ключа 3 до 0,5 В, возникающее при объединении выводов нелинейных элементов 7 и 8, уменьшает проникновение коммутационных помех в выборку и повыщает сопротивление утечки ключа 3. Благодар  отслеживанию напр жени , подводимого к общей точке нелинейных элементов 7 и 8 с выхода повторител  6 напр жени , за напр жением на входе ключа 3 сохран етс  независиJ мость коммутационных параметров ключа 3 от последнего, что способствует повышению как статической, так и динамической точности, а также быстродействи  устройства . Введение ограничител  2 тока позвол ет расширить динамический диапазон напр жени  входного сигнала с одновременным увеличением точности устройства.The sampled signal is fed to the input of amplifier 1. In the sampling mode, the antiphase pulses from the outputs of the pulse former 9 unlock the key 3. The triggering current flows through the output of the pulse former 9, the open key 3 and the second output of the pulse former 9. Since the voltage at the output of the repeater 6 voltage is equal to the voltage on the capacitor 4, in the linear mode the selection of the nonlinear elements 7 and 8 are locked and the operation of the key 3 is not affected. In the storage mode, the current through the outputs of the pulse driver 9 changes its direction and- closes through the nonlinear elements 7 and 8, on which the lock-up voltage of the key 3 is equal to 1.4 V. The prescribed current limitation of the output current of the amplifier 1 using the limiter 2 is necessary for preventing it from overloading with the possible unlocking of key 3 directly connected to the output of amplifier 1. This can occur if during storage the voltage at the input of key 3 changes by more than 0.5 V in positive or negative The direction x. In this case, the storage mode is not violated, since the diodes of the key 3 connected directly to the capacitor 4 will remain closed. If in the storage mode the diodes of the key 3 are not unlocked, then the total current consumed by the nonlinear elements 8 and 7 from the voltage follower 6 is zero. The limiting of the locking voltage drop across the diodes of the key 3 to 0.5 V, which occurs when combining the leads of nonlinear elements 7 and 8, reduces the penetration of switching interference into the sample and increases the leakage resistance of key 3. By tracking the voltage applied to the common point of the nonlinear elements 7 and 8 from the output of the voltage follower 6, the voltage at the input of the key 3 preserves the independence of the switching parameters of the key 3 from the latter, which contributes to an increase in both static and dynamic accuracy, and the operating speed of the device. The introduction of current limiter 2 allows the dynamic range of the input signal to be expanded while simultaneously increasing the accuracy of the device.

Использование предлагаемого аналогового устройства выборки и хранени  мгновенных значений электрического сигнала вThe use of the proposed analog device for sampling and storing instantaneous values of an electrical signal in

аналого-цифровых преобразовател х контрольно-измерительных , вычислительных, телевизионных и других системах позвол ет за счет повышенной точности и быстродействи  устройства вести обработку информации со скорост ми более, чем 100 мбод.Analog-to-digital converters of instrumentation, computing, television, and other systems allow, due to the increased accuracy and speed of the device, to process information at speeds of more than 100 mbaud.

0 При промышленном производстве предлагаемого устройства предполагаетс  снижение затрат на регулировочные работы, так как в устройстве не требуетс  тщательное симметрирование мостового ключа и подбор его элементов по паразитным параметрам на высоких частотах.0 In the industrial production of the proposed device, reduction of the costs of adjustment work is assumed, since the device does not require careful balancing of the bridge key and selection of its elements according to parasitic parameters at high frequencies.

Claims (2)

1. «Приборы и техника эксперимента, 1975, № 1, с. 89-91. рис. 2.1. “Instruments and Experimental Technique, 1975, No. 1, p. 89-91. rice 2 2. IEEE Trans on commun 1974, СОМ-22, № 7, p. 986-984, fig. 6 (прототип).2. IEEE Trans on commun 1974, COM-22, No. 7, p. 986-984, fig. 6 (prototype).