DD142113A1

DD142113A1 - Kippschaltung,die durch eine impulskante getriggert wird und gegen metastabile zustaende geschuetzt ist

Info

Publication number: DD142113A1
Application number: DD21076179A
Authority: DD
Inventors: Miroslav Pechoucek
Original assignee: Vyzk Ustav Matemat Stroju
Priority date: 1978-02-02
Filing date: 1979-02-01
Publication date: 1980-06-04
Also published as: CS203304B1; BG29418A1; SU892670A1

Abstract

Kippschaltungen weisen zufällige Fehler auf, wenn die Eingangs- ' Signale gegenseitig asynchron sind. Die zur Beseitigung dieses Nachteils benutzten Kaskaden von Kippschaltungen sind teuer, beseitigen das Auftreten von Fehlern nur zum Teil und verzögern die Arbeitsweise, letzteres gilt auch für andere Verzögerungsschaltungen. Die Kippschaltung nach der Erfindung, die durch eine Impulskante getriggert wird, benutzt zura Schutz ihrer Ausgänge einen einfachen Detektor für metastabile Zustände, wodurch die Ausgänge lediglich für die Zeitdauer eines gerade entstandenen metastabilen Zustands gesperrt werden. Nach der Erfindung sind an die erste und zweite Ausgangskiemrae einer Eingangs-Kippschaltung die erste und zweite Eingangsklemme des Detektors für metastabile Zustände und die ersten Eingangsklemmen einer ersten und zweiten ODERSchaltung angeschlossen. Deren zweite Eingangsklemmen liegen zusammen mit der Torschaltungsklemme der Eingangs-Kippschaltung an der Ausgangsklemme des Detektors, und ihre Ausgangsklemmen sind mit der ersten und zweiten Eingangsklemme der Ausgangs-Kippschaltung verbunden, deren erste und zweite Ausgangsklerame die Ausgangskleramen der Gesamt-Kippschaltung bilden, wobei die Torschaltungsklerame des Detektors die Zeit geberklemme der Kippschaltung ist.Fig.1a

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine durch eine Impulsflanke tiggerbare Kippschaltung, die gegen metastabile Zustände geschützt ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Bei den bisher bekannten und benutzten Kippschaltungen treten zufällige Fehler auf, wenn ihre Eingangssignale gegenseitig asynchron sind. Palis sich zum Beispiel bei der Kippschaltung vom Typ MH74S74 die Eingangsdaten gleichzeitig mit der positiven Kante des Zeitgeberimpulses ändern, entsteht in der Kippschaltung ein metastabiler Zustand, in dem beiden Ausgangsspannungen nicht definierte Werte aufweisen und dies In einer nicht näher bestimmten Zeitspanne bis zu einigen hundert HanoSekunden. Dieses Problem wird bisher zum Beispiel so gelöst, daß eine ausreichende Anzahl von Kippschaltungen

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in Reihe geschaltet wird, was jedoch kostspielig ist, außerdem wird die Gesamtverzögerung in der Kaskade größer, und die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers wird mit dieser Lösung lediglich verkleinert, jedoch nicht restlos beseitigt. Eine andere "bekannte Lösung benutzt eine ausreichend große Verzögerung von einigen hundert Nanosekunden zum Sperren der Ausgangsspannung an den Ausgängen der Kippschaltung.. Dadurch muß jedoch stets eine große Verzögerung in Kauf genommen werden, was die Arbeit des Systems 'verlangsamt.

Ziel der Erfindung:

Mit der Erfindung sollen die Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden, d.h. es soll eine Kippschaltung der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt werden, die .gegen metastabile Zustände geschützt, also gegen Fehler gesichert ist und eine schnelle Arbeit des Systems, in dem sie eingesetzt ist, ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausgänge der Kippschaltung lediglich beim Auftreten eines metastabilen Zustandes für die Dauer dieses Zustandes zu sperren.

Hierzu wird erfindungsgemäß ein Detektor für metastabile Zustände eingesetzt.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß an die erste und zweite Ausgangsklemme einer Eingangs-Kippschaltung die erste und zweite Eingangsklemme des Detektors für die metastabilen Zustände und die ersten Eingangsklemmen einer ersten und zweiten ODER-Schaltung angeschlossen sind, deren zweite Eingangsklemmen zusammen mit der Torschaltungsklemme der Eingangs-Kippschaltung mit der'Ausgangsklemme des Detektors für die metastabilen Zustände verbunden sind und deren Ausgangskiem-,

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men an die erste und zweite Eingangsklemme einer Ausgangs-Kippschaltung angeschlossen sind, deren erste und zweite Ausgangsklemme die Ausgangsklemmen der gesamten Schalteranordnung bilden. Hierbei bildet die Torschaltungsklemme des Detektors die Zeitgeberklemme der Schaltungsanordnung.

In einer alternativen Ausführungsform kann die erste und zweite ODER-Schaltung einen Bestandteil der Ausgangs-Kippschaltung bilden. · '·

Ebenfalls kann die erste Eingangsklemme der Eingangs-Kippschaltung mit der Eingangsklemme einer Negations-Torstufe verbunden v/erden, deren Ausgangsklemme an die zweite Eingangsklemme der Eingangs-Kippschaltung angeschlossen ist. . '

Der Vorteil der Lösung nach der Erfindung liegt in ihrer Einfachheit und der großen Arbeitsgeschwindigkeit, sowie der Zuverlässigkeit, die durch die vollständige Unterdrückung von Fehlern erzielt wird.

Ausführun^sbeispiel:

An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Pig. 1a: ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Kippschaltung,

Fig. 1b: das zugehörige Impulsdiagramm.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1a besteht aus einer bekannten Kippschaltung 1 vom Typ R-S-T, an deren erste und zweite Ausgangsklemme 13;14 die Eingangsklemmen 20;21 eines Detektors für metastabile Zustände 2, im folgenden kurz Detektor 2 genannt, angeschlossen sind, dessen innerer Aufbau

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ebenfalls bekannt ist. Seine Ausgangsklemme 23 ist einesteils an die Torschaltungsklemme 12 der Kippschaltung 1, andernteils an die zweiten Eingangskiemmen 30 und 40 der ersten und zweiten ODER-Schaltung 3 und 4 angeschlossen. Deren erste Eingangsklemmen 31 und 41 sind ebenfalls an die erste und zweite Klemme 13 und 14 der Kippschaltung 1 angeschlossen und deren Ausgangsklemmen 32 und 42 sind mit der ersten und zweiten Eingangsklemme 50 und 51 der Ausgangs-Kippschaltung 5, die in bekannter Weise aufgebaut ist, verbunden. Die Torschaltung ski emme 22 des Detektors 2 bildet eine Zeitgeber-Klemme der gesamten Schaltungsanordnung, und die erste und die zweite Eingangskiemme 10;11 der Eingangs-Kippschaltung 1 bilden die Eingangsklemmen der Gesamtschaltung.

Die Spannungsverläufe 010, 011, 122, 023, 015, 016, 013, 014, 050, 051, 052, Ό53 an den Klemmen 10, 11, 22, 23, 15, 16, 13, 14» 50, 51, 52 und 53 sind in dem·Impulsdiagramm der Pig. 1b dargestellt.

Die Schaltungsanordnung nach Pig. 1a arbeitet folgendermaßen:

Es sei vorausgesetzt, daß der Eingangsklemme 11 eine Negation der Spannung von der Klemme 10 zugeleitet wurde und der Detektor 2 so aufgebaut ist, daß eine Nullspannung an seiner Torschaltungsklemme 22 eine positive Spannung an seiner Ausgangsklemme 23 hervorruft. Palis die Eingangs-Bullspannung 010 eine genügende Voreilung vor der Auflaufkante der Spannung 022 aufweist, wie dies im ersten Pail vorkommt, ist der Null-Impuls der Spannung 016 ausreichend breit, um ein verläßliches Umkippen der Eingangskippschaltung 1 in den Stand mit einer'positiven Spannung 014 und mit einer Nullspannung 013 zu bewirken. Erst durch die Auflaufskante der Spannung 022 ist der positive Impuls der Spannung 023 abgeschlossen, da der Detektor 2 als Spannungskomparator zu arbeiten beginnt, an dessen Ausgangsklemme 23 eine Nullspannung vorhanden ist, wenn der Unterschied zwischen der Spannung 013 und 014 grö's-

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ser als die Empfindlichkeitsschwelle ist, wie dies beim stabilen Zustand der Kippschaltung 1 der Pail ist. Dadurch wird eine Ablaufkante der Spannung 050 gebildet, die auch die Ausgangskippschaltung 5 in den Zustand mit einer positiven Spannung 052 und einer NuIlspannung 053 umkippt. Falls jedoch die Eingangsspannung 010 eine nicht ausreichende Voreilung vor der Auflaufkante der Spannung 022 aufweist, wie es im zweiten Pail vorkommt, entsteht in der Eingangs-Kippschaltung 1 ein metastabiler Zustand, der zum Beispiel als gleichphasige Oszillation der beiden Spannungen .013 und 014 in der Mähe der Referenzspannung in Erscheinung tritt.

Zur näheren Erläuterung sei für einen Augenblick voraus gesetzt, daß die Eingangsklemmen 20;21 des Detektors 2 abgeschaltet sind. Der Impuls der Spannung 022 endet in diesem Pail mit der Auflaufkante der Spannung 022 und bildet so nur einen schmalen Impuls 015 (in Pig» 1b punktiert dargestellt), der einen metastabilen Zustand hervorruft. An der Torschaltungsklemme '22 befindet sich jedoch zu dieser Zeit eine positive Spannung 0 22, der Detektor 2 - bereits mit den angeschlossenen Klemmen 20;21 - beginnt als Spannungskomparator zu arbeiten, und an seiner Ausgangsklemme 23 tritt daher eine positive Spannung 0 23 auf, da der Unterschied zwischen den beiden gleichphasigen Spannungen 013 und 014 kleiner als seine Empfindlichkeitsschwelle ist. Diese positive Spannung 023 bewirkt dann zusammen mit der positiven Spannung 010 eines- teils die Beendigung des Umkippens der Eingangs-Kippschaltung 1 in einen stabilen Zustand, andernteils verhindert sie das Umkippen der Ausgangs-Kippschaltung 5· Erst nach der Beendigung des metastabilen Zustandes sinkt die Ausgangsspannung . 023 des Detektors 2 wieder auf UuIl und ermöglicht es so, dsJ3 der bereits schon stabilisierte· Zustand der Eingangs-Kippschaltung 1 auf die Ausgangs-Kippsehaltung 5 übertragen wird. Die gesamte Schaltungsanordnung verhält sich daher wie eine Kippschaltung, die durch die Auflaufkante der Spannung

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022 getriggert wird. Ihre- Ausgangsspannungen 052 und 053 sind völlig frei von Störungen, die sonst eine nicht definierte Ausgangsspannung der Kippschaltung 1, die sich im metastabilen Zustand befindet, hervorrufen würde.

Der Detektor 2 ist in bekannter Art und Weise Analog-Spannungskomparator geschaltet, der zum Beispiel aus zwei Expandern MH 7460 oder dgl. besteht.

Bei entsprechender Ausführung des Detektors 2 können anstelle der ODER-Schaltungen auch UND-Schaltungen verwendet v/erden.

Die Ausgangs-Kippschaltung 5 kann auch aus zwei ODER-OTD Negations -Tor schaltungen so aufgebaut werden, daß die ODER-Schaltungen 3 und 4 einen Teil derselben bilden.

Die erste und die zweite Eingangsklemme 10;11 der Schaltungsanordnung können nach Bedarf so geschaltet werden, daß zum Beispiel an die Klemme 10 die Eingangskiemme einer nicht dargestellten negierten Torschaltung angeschlossen wird, deren Ausgangsklemme mit der Eingangskiemme 11 verbunden ist. Die Schaltungsanordnung arbeitet dann als Kippschaltung vom Typ D, die durch eine positive Kante der Zeitgeberimpulse getriggert wird und dabei gegen metastabile Zustände geschützt ist.

In einem nicht dargestellten Pail kann die erste Eingangsklemme 10 mit der ersten Ausgangsklemme 52 und die zweite Eingangsklemme 11 mit der zweiten Ausgangsklemme 53 der Ausgangs -Kippschaltung 5 verbunden werden. Die Schaltungsanordnung arbeitet dann als binärer Zähler, der beliebig breite Spannungsimpulse 022 zählen kann und gegen metastabile Zustände geschützt ist, die durch Einwirkung derjenigen gezählten Impulse entstehen, die eine nicht ausreichende Breite aufweisen.

Die Eingangs-Kippschaltung, die zum Typ R-S-T gehört, kann auch so aufgebaut werden, daß sie mit einer Einstellklemme, gegebenenfalls mit einer ITuIlungskiemme ausgestattet ist, die eingestellt werden und gegebenenfalls den Zustand an ihren Ausgangsklemmen 13;14 nullstellen kann. Palis eine solche Klemme in bekannter V/eise über ein geeignetes Verzögerungsglied an eine der Ausgangsklemmen 52; 53 angeschlossen ist, arbeitet eine solche Schaltungsanordnung als monostabile Schaltung, die durch die positive Kante getriggert wird und gegen metastabile Zustände geschützt ist.

Die Schaltung nach der Erfindung ist für solche Anwendungen in der digitalen Technik bestimmt, bei denen der Einsatz einer Kippschaltung, die durch eine Kante getriggert wird und die gegenseitig asynchrone Signale verarbeitet, gefordert wird, wie dies zum Beispiel bei d'er Auswertung einer magnetischen Aufzeichnung, beim Messen von Zeitintervallen durch Zählen der Zeitgeberimpulse und dergleichen der Pail ist.

Claims

Erfindungsansprucht

1. Kippschaltung, die durch eine Impulskante getriggert wird und gegen metastabile Zustände geschützt ist, gekennzeichnet dadurch, daß an die erste und zweite Ausgangsklemme (13;14) einer Eingangs-Kippschaltung (1) die erste und zweite Eingangsklemme (2O;21) eines Detektors (2) für metastabile Zustände und die ersten Eingangsklemmen (31;41) einer ersten und einer zweiten \ODER-Schaltung (3;4) angeschlossen sind, deren zweite Eingangsklemmen. (30;40) zusammen mit der Torschaltungsklemme (12) der Eingangs-Kippschaltung (1) mit der Ausgangsklemme (23) des Detektors (2) für metastabile Zustände verbunden sind, und daß die Ausgangsklemmen (32;42) der ODER-Schaltung (3;4) an der ersten und der zweiten Eingangsklemme (50;51) einer Ausgangs-Kippschaltung (5) liegen, deren erste und zweite Ausgangsklemme (52;53)'die Ausgangsklemmen der gesamten Kippschaltung bilden, wobei die Torschaltungsklemme (22) des Detektors (2) die Zeitgeberklemme der gesamten Kippschaltung bildet.
2. Kippschaltung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die erste und die zweite ODER-Schaltung (3;4) einen Teil der Ausgangs-Kippschaltung (5) bilden.
3. Kippschaltung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die erste Eingangsklemme (10) der Eingangs-Kippschaltung (1) mit der Eingangsklemme einer Negations-Torstufe verbunden ist, deren Ausgangsklemme mit der zweiten Eingangsklemme (11) der Eingangs-Kippschaltung (1) verbunden ist.

Herzu A Seite Zeichnung

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