АСИНХРОННЫЙ ПИКОВЫЙ ДЕТЕКТОР

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства определения амплитуды различных потенциальных сигналов в датчиковых системах.

В современной информационно-измерительной технике, приборостроении, различных аналого-цифровых интерфейсах находят широкое применение пиковые детекторы (ПД), которые обеспечивают измерение амплитуды (U_m) изменяющихся напряжений и их подготовку к дальнейшей цифровой обработке [1-74]. Известны также дифференциальные ПД и «двойные» пиковые детекторы [75-78].

Классический пиковый детектор запоминает максимальное значение U_m входного напряжения U_вх на определенном интервале времени T_изм, который задается пользователем. В конце интервала T_изм пиковый детектор должен сбрасываться в нулевое состояние, что обеспечивается «закорачиванием» его запоминающего конденсатора. В этот момент времени выходным напряжением ПД пользоваться нельзя.

Устройство, которое использует выходное напряжение классического ПД, должно быть согласовано по времени с управляющим генератором импульсных сигналов ПД. Такой режим работы ПД называется синхронным, а сам ПД, реализующий этот режим, также называется синхронным ПД.

Синхронный режим работы ПД создает дополнительные проблемы при вводе сигнала ПД в ЭВМ с помощью стандартных модулей ввода и протоколов обмена, которые приводят или к значительному снижению скорости ввода или к увеличению аппаратных затрат на цепи синхронизации.

В настоящей заявке на патент рассматривается асинхронный ПД (АПД), выходной сигнал которого может быть использован в любой момент времени.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является пиковый детектор, представленный в патенте US 7.126.384, фиг. 4. Он содержит (фиг. 1) аналоговый вход 1 и аналоговый выход 2 устройства, первый 3 прецизионный выпрямитель, вход 4 которого соединен с аналоговым входом 1 устройства, а выход 5 подключен к первому выводу первого 6 запоминающего конденсатора, второй вывод которого связан с общей шиной источников питания, второй 7 прецизионный выпрямитель, вход 8 которого соединен с аналоговым входом 1 устройства, а выход 9 подключен к первому выводу второго 10 запоминающего конденсатора, второй вывод которого связан с общей шиной источников питания, первый 11 электронный ключ, включенный параллельно первому 6 запоминающему конденсатору, второй 12 электронный ключ, включенный параллельно второму 10 запоминающему конденсатору, причем логические управляющие входы 13 и 14 первого 11 и второго 12 электронных ключей соединены с соответствующими выходами 15 и 16 управляющего генератора импульсных сигналов 17, первый 18 согласующий каскад, вход которого подключен к выходу 5 первого 3 прецизионного выпрямителя, второй 19 согласующий каскад, вход которого соединен с выходом 9 второго 7 прецизионного выпрямителя.

Существенный недостаток известного пикового детектора состоит в том, что он является синхронным, т.к. выход пикового детектора (analog peak signal), связанный с мультиплексором (MUX), тактируется сигналом выборки (selection signal) (фиг. 4 патента US 7.126.384).

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании асинхронного пикового детектора, а также повышении надежности устройства в режиме разряда запоминающих конденсаторов.

Поставленная задача достигается тем, что в пиковом детекторе фиг. 1, содержащем аналоговый вход 1 и аналоговый выход 2 устройства, первый 3 прецизионный выпрямитель, вход 4 которого соединен с аналоговым входом 1 устройства, а выход 5 подключен к первому выводу первого 6 запоминающего конденсатора, второй вывод которого связан с общей шиной источников питания, второй 7 прецизионный выпрямитель, вход 8 которого соединен с аналоговым входом 1 устройства, а выход 9 подключен к первому выводу второго 10 запоминающего конденсатора, второй вывод которого связан с общей шиной источников питания, первый 11 электронный ключ, включенный параллельно первому 6 запоминающему конденсатору, второй 12 электронный ключ, включенный параллельно второму 10 запоминающему конденсатору, причем логические управляющие входы 13 и 14 первого 11 и второго 12 электронных ключей соединены с соответствующими выходами 15 и 16 управляющего генератора импульсных сигналов 17, первый 18 согласующий каскад, вход которого подключен к выходу 5 первого 3 прецизионного выпрямителя, второй 19 согласующий каскад, вход которого соединен с выходом 9 второго 7 прецизионного выпрямителя, предусмотрены новые элементы и связи - в качестве первого 18 и второго 19 согласующих каскадов используются соответствующие дополнительные прецизионные выпрямители 18 и 19, выходы которых 20 и 21 соединены с аналоговым выходом устройства 2. Кроме этого, в соответствии с п. 2 и п. 3 формулы изобретения, в заявляемом устройстве приняты меры, повышающие надежность его работы в режиме разряда первого 6 и второго 10 запоминающих конденсаторов.

На чертеже фиг. 1 показана схема пикового детектора-прототипа, а на чертеже фиг. 2 схема заявляемого устройства в соответствии с п. 1, п. 2, п. 3 формулы изобретения.

На чертеже фиг. 3 приведены временные диаграммы работы схемы фиг. 2.

На чертежах фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8 показаны частные варианты построения первого 3 и второго 7 прецизионных выпрямителей, а также первого 18 и второго 19 дополнительных прецизионных выпрямителей.

На чертеже фиг. 9 представлена схема фиг. 2 для случая, когда в качестве первого 3 и второго 7 прецизионных выпрямителей, а также первого 18 и второго 19 дополнительных прецизионных выпрямителей используется схема фиг. 4.

Асинхронный пиковый детектор (фиг. 2) содержит аналоговый вход 1 и аналоговый выход 2 устройства, первый 3 прецизионный выпрямитель, вход 4 которого соединен с аналоговым входом 1 устройства, а выход 5 подключен к первому выводу первого 6 запоминающего конденсатора, второй вывод которого связан с общей шиной источников питания, второй 7 прецизионный выпрямитель, вход 8 которого соединен с аналоговым входом 1 устройства, а выход 9 подключен к первому выводу второго 10 запоминающего конденсатора, второй вывод которого связан с общей шиной источников питания, первый 11 электронный ключ, включенный параллельно первому 6 запоминающему конденсатору, второй 12 электронный ключ, включенный параллельно второму 10 запоминающему конденсатору, причем логические управляющие входы 13 и 14 первого 11 и второго 12 электронных ключей соединены с соответствующими выходами 15 и 16 управляющего генератора импульсных сигналов 17, первый 18 согласующий каскад, вход которого подключен к выходу 5 первого 3 прецизионного выпрямителя, второй 19 согласующий каскад, вход которого соединен с выходом 9 второго 7 прецизионного выпрямителя. В качестве первого 18 и второго 19 согласующих каскадов используются соответствующие дополнительные прецизионные выпрямители 18 и 19, выходы которых 20 и 21 соединены с аналоговым выходом устройства 2.

На чертеже фиг. 2, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, первый 3 и второй 7 прецизионные выпрямители содержат соответственно первый 22 и второй 23 логические входы для переключения первого 3 и второго 7 прецизионных выпрямителей в высокоимпедансное состояние по их соответствующим выходам 5 и 9.

Кроме этого, на чертеже фиг. 2, в соответствии с п. 3 формулы изобретения, первый 22 логический вход для переключения первого 3 прецизионного выпрямителя в высокоимпедансное состояние по его выходу 5 связан с управляющим входом 13 первого 11 электронного ключа, а второй 23 логический вход для переключения второго 7 прецизионного выпрямителя в высокоимпедансное состояние по его выходу 9 связан с управляющим входом 14 второго 12 электронного ключа.

Схема прецизионного выпрямителя фиг. 4 содержит операционный усилитель 25 и р-n переход 26.

В прецизионном выпрямителе фиг. 5 используется операционный усилитель 27 и выходной транзистор 28, обеспечивающий заряд запоминающего конденсатора 6.

Схема прецизионного выпрямителя фиг. 6 содержит операционный усилитель 29 и выходной полевой транзистор 30.

В прецизионном выпрямителе фиг. 7 используется операционный усилитель 31 и выходной транзистор 32.

Схема прецизионного выпрямителя фиг. 8 содержит токовое зеркало на полевых транзисторах 34 и 35, которое обеспечивает заряд запоминающего конденсатора 6.

В пиковом детекторе фиг. 9, который характеризует частный пример построения заявляемого устройства фиг. 2, используются прецизионные выпрямители 3, 7, а также дополнительные прецизионные выпрямители 18, 19, соответствующие схеме на чертеже фиг.4. При этом прецизионный выпрямитель 3 включает операционный усилитель 36 и p-n переход 37. Прецизионный выпрямитель 7 содержит операционный усилитель 38 и p-n переход 39. Дополнительный прецизионный выпрямитель 18 реализован на операционном усилителе 40 и p-n переходе 41, а прецизионный выпрямитель 19 содержит операционный усилитель 42 и p-n переход 43.

Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг. 2.

Асинхронный пиковый детектор фиг. 2 состоит из двух пиковых детекторов (ПД1 и ПД2), которые реализуются на основе первого 3 и второго 7 прецизионных выпрямителей. Данные выпрямители обеспечивают измерение пиковых значений (U_m) одного и того же входного напряжения U_вх. Состояния электронных ключей 11 и 12 в схеме фиг. 2 определяются внутренним управляющим генератором импульсных сигналов 17, который выдает двухтактные управляющие импульсы в соответствии с фиг. 3.

Управляющий генератор импульсных сигналов 17 (внутренний тактовый генератор) не связан по времени ни с входным, ни с выходным напряжениями, ни с командами интерфейса ввода сигналов в ЭВМ, который подключается к аналоговому выходу 2 устройства.

Особенность предлагаемого АПД состоит в том, что вместо двухвходового мультиплексора (MUX фиг. 1) с двумя повторителями на входе у него используются дополнительные прецизионные выпрямители 18 и 19, которые обеспечивают сбор максимальных значений U_m двух напряжений на запоминающих конденсаторах 6 и 10. В этом случае нет необходимости в тактировании выхода заявляемого устройства и поэтому предлагаемый пиковый детектор становится асинхронным.

В соответствии с п. 2 и п. 3 формулы изобретения, в заявляемом устройстве фиг.2 предусмотрено выключение первого 3 и второго 7 прецизионных выпрямителей на время разряда первого 6 и второго 10 запоминающих конденсаторов - переведение их в высокоимпедансное состояние. Это позволяет исключить большие выходные токи данных функциональных узлов, протекающие через электронные ключи 11 и 12 в моменты их замыкания. В конечном итоге, это повышает надежность заявляемого устройства. В ПД-прототипе такой режим защиты не предусмотрен.

Таким образом, заявляемый асинхронный пиковый детектор имеет существенные преимущества в сравнении с известным техническим решением.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент US 8614592

2. Патент US 8854130

3. Патент US 8884654

4. Патент US 8350597

5. Патент US 8310277

6. Патент US 7443208

7. Патент US 5302863

8. Патент US 5561383

9. Патентная заявка US 2007/0126481

10. Патентная заявка US 2004/0212401

11. Патентная заявка US 2007/0030033

12. Патентная заявка US 2012/0034895

13. Патент US 5331210

14. Патент US 7737731

15. Патент US 5546027

16. Патент US 6542009

17. Патент US 7053674

18. Патент US 6429696

19. Патент US 7135892

20. Патент US 3611164

21. Патент US 4603299

22. Патент US 4996448

23. Патент US 6134279

24. Патент US 6208173

25. Патент US 6956905

26. Патент US 4992674

27. Патент US 4420698

28. Патент US 6188250

29. Патент US 5120995

30. Патент US 5254881

31. Патент US 4605867

32. Патент US 4372324

33. Патент US 6535033

34. Патент US 6614851

35. Патент US 5717349

36. Патент US 5502746

37. Патент US 4634895

38. Патент US 6051998

39. Патент US 5801587

40. Патент US 6977531

41. Патент US 6642703

42. Патент US 6472861

43. Патент US 7439776

44. Патент US 6538478

45. Патент US 6788115

46. Патент US 6774617

47. Патент US 7180635

48. Патент US 6191621

49. Патент US 7525347

50. Патент ЕР 0313792

51. Патент ЕР 1385174

52. Патент EP 1817548

53. Патент SU 849083

54. Патент SU 444301

55. Патент SU 951161

56. Патент SU 662875

57. Патент SU 1272259

58. Патент SU 819948

59. Патент SU 597080

60. Патент SU 1205037

61. Патент SU 1145294

62. Патент SU 1325370

63. Патент SU 1275749

64. Патент SU 815648

65. Патент SU 1167712

66. Патент SU 1350618

67. Патент SU 1026067

68. Патент SU 1174869

69. Патент SU 911349

70. Патент SU 1377756

71. Патент SU 488150

72. Патент SU 1332240

73. Патент SU 1122978

74. Патент SU 1180799

75. Патент US 5025176

76. Патент US 5828240

77. Патентная заявка US 2008/0012602

78. Патент US 7126384.