DE1802291A1 - Leseverstaerker zum Nachweis eines definierten Schwellenwertes eines bipolaren Eingangssignales,insbesondere fuer Kernspeicher - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büra-MaiAinen GetelUthaft mbH

Böblingen, den 8. Oktober 1968 si-ha

Anmelderin :

Amtliches Aktenzeichen :

Aktenzeichen d. Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Neuanmeldung

Docket LE 9-67-043

Leseverstärker zum Nachweis eines definierten Schwellenwertes eines bipolaren Eingangssignales, insbesondere für Kernspeicher .

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leseverstärker zum Nachweis eines definierten Schwellenwertes eines bipolaren Eingangssignales,insbesondere für Kernspeicher.

Von derartigen Verstärkern ist bekanntlich eine hohe T empratur Stabilität sowie Unempfindlichkeit gegen Rauschen und sonstige Störungen zu fordern. Ausserdem müssen derartige Verstärker in der Lage sein, sehr nahe beieinander liegende Schwellenwerte noch unterscheiden zu können, d.h. sie sollen eine gute Diskriminatorwirkung besitzen.

Der Leseverstärker nach der vorliegenden Erfindung eignet sich besonders

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gut für die Feststellungen von schwachen Signalen innerhalb eines Rauschpegels und ist daher besonders gut geeignet zur Ausrüstung von Speichern, in Datenverarbeitungsmaschinen. Für diese Aufgabe ist es Voraus setzung_s daß der Verstärker eine genügend hohe Zuverlässigkeit bei der Feststellung von Signalen aufweist, die eines, vorherbestimmten Amplitudenschwelle überschreiten und daß er genügend unempfindlich ist gegen gelegentlich am Eingang des Leseverstärkers auftretende Störsignale. Der Verstärker muss ebenfalls eine genügend grosse Temperatur Stabilität aufweisen, wobei der Schwellenwert der festzustellenden Signale unabhängig von den Änderungen der Umgebungstemperatur konstant bleiben sollte.

Die bisher bekannt gewordenen Leseverstärker können in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden. Eine Gruppe der Verstärker benutzt Präzisionskomponenten sowie genau gesteuerte Spannungsquellen und genau abgetrimmte Temperaturkompensationen hinsichtlich einer grossen Anzahl von Komponenten. Derartige Vorrichtungen gewährleisten zwar die Einhaltung eines konstanten SpannungsSchwellenwertes für die festzustellenden Signale auch bei Änderung der Umgebungstemperatur, sind jedoch ziemlich umständlich aufzubauen und zu handhaben. Die zweite Gruppe bedient sich spezieller Schaltanordnungen, bei denen das Verhältnis von bestimmten Widerständen dem konstant zu haltenden Schwellenwert entspricht. Eine Änderung der Umgebungstemperatur sowie der Versorgungsspannungen besitzen im letzten Falle nur geringe oder keinen Einfluss auf den Spannungs Schwellenwert. Um jedoch

η
eine/brauchbaren Verstärker der letztgenannten Art zu erhalten, wurde bei

den bekannt gewordenen Schaltungen lediglich der halbe Wert der differen-LE 9-67-043 9 09819/103 9

tiellen Spannungsänderung des Eingangs signals zur Feststellung des Signals ausgenützt. Infolgedessen konnten derartige Schaltungen lediglich zur Feststellung von verhältnismässig starken Signalen benutzt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für einen Leseverstärker anzugeben, der relativ unempfindlich gegenüber Störsignalen ist. Der Pegel des festzustellenden Signals soll in definierter Weise einstellbar und von der Umgebungstemperatur nur geringfügig abhängig sein.

Weiterhin soll die Schaltungsanordnung eine hohe Zuverlässigkeit besitzen und darüberhinaus auch in der Lage sein, verhältnismässig kleine Signale einwandfrei festzustellen.

Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens ein der Diskriminierung des Signals dienender Differential verstärker 13 von einem herkömmlichen Differentialverstärker 11, bei welchem die Arbeitswiderstände beider Transistoren 21, 23 in je zwei Teilwiderstände 45,47 bzw. 49, 51 aufgeteilt sind, dadurch ausgesteuert wird, daß die Basis des Transistors 61 des Differentialverstärkers 13 mit dem Kollektor des Transistors 23 des Verstärkers 11, die Basis des Transistors 63 des Verstärkers 13 mit dem Abgriffspunkt 57 zwischen den Arbeite wider ständen 45 und 47 des Transistors 21 des Verstärkers 11 verbunden ist und daß das für den nachzuweisenden definierten Schwellenwert des bipolaren Eingangs signales signifikante Aus gangs signal an der Kollektorklemme des Transistors des Verstärkers erscheint. LE 9-67-043

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Eine Weiterbildung der genannten Schaltung ergibt sich durch Anfügen einer weiteren V er stärker stufe 15, die der Verstärkerschaltung 13 gleicht und in ähnlicher Weise wie der Verstärker 13, jedoph symetrisch hierzu ausgesteuert

gelieferten Aus gangs signale wird. Die von den Verstärkern 13 bzw. 15/können getrennt oder gemeinsam

weiterverwendet werden.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind darin zu erblicken, daß auch kleine Signale sicher festgestellt werden können und daß die oben angeführten Nachteile bisher bekannter Verstärker weitgehend vermieden werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1 ein Schaltbild des Leseverstärkers nach der Lehre der

vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Darstellung der Zeitabhängigkeit von Spannungsniveaus

an verschiedenen Punkten der Schaltung von Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung umfasst einen herkömmlichen Differentialverstärker 11, eine erste Detektorschaltung 13 sowie eine zweite Detektorschaltung 15. Bipolare, von der Lesewicklung eines nicht gezeigten Speicherelementes eines Kernspeichers oder anderweitig geeignete Signale liegen an den Eingangsklemmen 17 und 19 des Differential Verstärkers 11 an und gelangen so zu den Basiselektroden der Transistoren 21 und 23. Die Basiselektroden sind über die Widerstände 25 und 27 auf ein Bezugspotential 29 festgelegt. LE 9-67-043

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Dieses Bezugspotential ist gegeben durch die Spannungsteilerschaltung aus den Widerständen 31 und 33, wobei dieser Spannungsteiler an der Klemme 35 und an der dem Erdpotential entsprechenden Klemme 37 angeschlossen ist. Die Emitterelektroden der Transistoren 21 und 23 liegen über den Widerständen 39 und 41 an Erdpotential bzw. an der Klemme 37.

Ausserdem sind die Emitterelektroden der Transistoren 21 und 23 wechselstrommässig miteinander über den Kondensator 43 verbunden.

Die Kollektorelektroden der Transistoren 21 und 23 sind über die Widerstände 45 und 47 bzw. 49 und 51 mit der Klemme 35 verbunden und liegen so auf dem positiven Versorgungspotential. Beide Arbeitswider stände sind in je zwei Widerstände aufgeteilt, wodurch zwei Aus gangs signale abgegriffen werden können, welche den Detektoren 13 und 15 zugeführt werden, was später noch näher beschrieben wird. Ein Ausgangs signal wird an den Verzweigungspunkten 53 und 55 an den Kollektor elektroden eines jeden Transistors, ein weiteres Signal an den Punkten 57 und 59 der Kollektorlastwiderstände abgegriffen.

Die Werte der Widerstände 45 und 49 gleichen etwa denjenigen der Widerstände 47 und 51. Die im Emitterkreis liegenden Widerstände 39 und 41 sind ebenfalls etwa einander gleich, so daß im Ruhezustand gleiche Kollektor ströme in den Kollektorkreisen der Transistor 21 und 23 fliessen. Bei gleichen Kollektor strömen sind die Potentiale an den Punkten 57 und 59 etwa einander gleich und grosser als die an den Kollektorelektroden 53 und 55 selbst herrechenden Potentiale, die ihrerseits wiederum einander etwa gleichen. LE 9-67-043 Q ή ο ο-1 fl y-ι λ ο η r

90 9 818/1039 ^rORlGlNAL INSPECTED

Die erste Detektorschaltung 13 besteht aus zwei Transistoren 61 und 63, welche in Emitterschaltung angeordnet sind. Die Emitter der beiden Transistoren sind miteinander verbunden und liegen über dem Widerstand 65 an Erdpotential bzw. an der Klemme 37_t Die Kollektorelektrode des Transistors 63 führt zur Klemme 35 und liegt so an der positiven Klemme der Versorgungsquelle, während die Kollektor elektrode des Transistors 61 über die Klemme 67 ein Ausgangs signal liefert. Die Basiselektroden der Transistoren 61 und 63 liegen über dem Verzweigungspunkt 55 an der Kollektorelektrode des Transistors 23 bzw. an dem Verbindungspunkt 57 der Lastwiderstände 45 und 47 des Transistors 21 an.

In ähnlicher Weise besteht die zweite Detektorschaltung 15 aus zwei Transistoren 69 und 71 in Emitterschaltung, wobei beide Emitter gemeinsam über den Widerstand 73 an Erdpotential bzw. an der Klemme 37 anliegen. Die Kollektorelektrode des Transistors 69 liegt an der Klemme 35 bzw. an dem positiven Pol der Versorgungsquelle, während von der Kollektorelektrode des Transistors 71 ein Ausgangs signal an die Klemme 75 geliefert wird. Die Basiselektroden der Transistoren 69 und 71 sind mit dem Verzweigungspunkt 59 bzw. mit der Kollektor elektrode 53 des Transistors 21 verbunden.

Da die Potentiale an den Punkten 57 und 59 einen grösseren Wert aufweisen als dies für die Kollektorelektroden 53 und 55 der Fall ist, sind die Transistoren 63 und 69 normalerweise so vorgespannt, daß sie leitend sind, während die Transistoren 61 und 71 normalerweise nichtleitend sind. Eine Signalfeststellung erfolgt, wenn der Transistor 6l oder der Transistor 71 in den LE 9-67-043

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leitenden Zustand geschaltet wird, wobei ein Aus gangs signal an der Klemme 67 bzw. an der Klemme 75 verfügbar ist.

Der Differential verstärker 11 arbeitet somit als abgeglichener A-Verstärker. Wie bereits erwähnt, wurde, ziehen die Transistoren 21 und 23 im Ruhezustand etwa den gleichen Kollektor strom. Hierdurch ist das Potential an den Verzweigungspunkten 57 und 59 grosser als dies an den Kollektorelektroden 53 und 55 der Transistoren 21 und 23 der Fall ist. Mittels der an den genannten Verzweigungspunkten abgegriffenen Spannungen werden die Tran-

sistoren 63 und 69 der Detektor Schaltungen 13 und 15 so vorgespannt, daß sie sich im leitenden Zustand befinden.

Wird von der Lesewicklung des Magnetkerns ein bipolares Ausgangs signal an die Klemmen 17 und 19 geliefert, so wird einer der Transistoren des differentieilen Verstärkers 11 im Vergleich zum Ruhezustand mehr Strom ziehen als der andere. Unter der Annahme, daß das an der Eingangsklemme 17 erscheinende Signal bezüglich des Ruhezustandes positiv und das Signal an der Klemme 19 negativ ist, wird der Transistor 21 einen stärkeren Strom " ziehen als dies für den Transistor 23 der Fall ist. Daraus folgt ein Anwachsen des Kollektorstromes des Transistors 21 und eine Abnahme des Kollektorstromes des Transistors 23. Der erhöhte Kollektor strom des Transistors 21 erniedrigt das Potential am Verzweigungspunkt 57, da die Spannung an diesem Punkt der um die über den Widerstand 45 abfallenden Spannung verminderten Versorgungsspannung entspricht und somit eine Funktion des Kollektorstromes ist. Weiterhin wächst die Spannung an der Kollektorelektrode 55 LE 9-67-043 _ _rt . _{A M}

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des Transistors 23 an, wenn der Kollektor strom des Transistors 23 abfällt, Entspricht die Spannung an der Kollektor elektrode 55 etwa derjenigen am Verzweigungspunkt 57, so wird der Transistor 61 leitend und liefert ein Aus gangs signal an die Klemme 67. Auf die genannte Weise ergibt sich ein Ausgangssignal aufgrund der Wirkung der ersten Detektorschaltung 13. Zur gleichen Zeit, in der die erste Detektorschaltung 13 in den leitenden Zustand versetzt wird, wird die zweite Detektorschaltung 15 in einen weniger leitenden Zustand gebracht, da die Spannung an der Kollektorelektrode 53 des Transistors 21 abnimmt, während die Spannung am Verzweigungspunkt 59 zu-· nimmt, wodurch der Transistor 69 weiter in einen leitenden Zustand gebracht und hierbei die am Transistor 21 anliegende Steuer spannung dessen Sperrung bewirkt.

Ist das an den Klemmen 17 und 19 anliegende Signal so geartet, daß an der Klemme 19 ein im Vergleich zum Ruhezustand positives Signal, dagegen an der Klemme 17 ein negatives Signal erscheint, so wird die zweite Detektorschaltung 15 in einen leitenden Zustand versetzt werden, während die erste Detektorschaltung 13 ein kleineres oder gar kein Signal liefert. Diese Arbeitsweise ist ähnlich der oben beschriebenen, bei der die Verhältnisse umgekehrt lagen.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die erste Detektorschaltung 13 · in Tätigkeit versetzt wird entweder wenn ein ansteigendes Signal an der Klemme 17 oder ein abnehmendes Signal an der Klemme 19 anliegt. Die zweite Detektorschaltung 15 wird wirksam werden, wenn entweder ein steigendes

Signal an der Klemme 19 oder ein abnehmendes Signal an der Eingangs-LE 9-67-043

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klemme 17 liegt. Es ist daher ersichtlich, daß durch eine geeignete Unterteilung der Kollektorwiderstände des Differentialverstärkers 11 zum Zwecke der Bereitstellung von mehr als einem Bezugspunkt in jeder Kollektorschaltung ein Vergleich zwischen den beiden Kollektor strömen erfolgen kann, wo-■ bei sich eine Schwellenwertbedingung einstellen lässt, welche signifikant für ein Eingangssignal bestimmter Grosse ist. Dieser Schwellenwert hängt lediglich von dem Verhältnis der Widerstände 45, 47, 49 und 51 ab.

Die Fig. 2 zeigt die Zeitabhängigkeit von Spannungen, die als Eingangssignal an der Klemme 19 anliegen, weiterhin den Spannungsverlauf an der Kollektor- ^

elektrode 53 des Transistors 21 sowie den Spannungsverlauf am Verzweigungspunkt 59 der in Fig. 1 gezeigten Schaltung. Die Zeitabhängigkeit A stellt ein sich in Richtung positiver Werte veränderndes Eingangssignal dar, wie es beispielsweise von der Lesewicklung eines Elementes eines Kernspeichers geliefert wird. Die gleiche Lesewicklung liefert ein Signal, welches der Grosse nach dem erstgenannten Signal gleich ist, jedoch diesem gegenüber eine Phasenverschiebung von 180 besitzt. Diese Signale werden den Klemmen 17 und 19 der Schaltung in Fig. 1 zugeführt. Liegt das zeitabhängige Signal f

A an der Klemme 19, so wird der Transistor 23 in den leitenden Zustand getrieben, wobei der Kollektor strom dieses Transistors ansteigt und das Spannungsnivenau am Verzweigungspunkt 59 abnimmt. Der Spannungsverlauf am Verzweigungspunkt 59 entspricht der Zeitabhängigkeit B aus Fig. 2. Das

zeitabhängige

gleichzeitig an der Klemme 17/einliegende Eingangssignal mit einer Phasenverschiebung von 180 bezüglich des zeitlichen Signal verlauf es A an der Klemme 19 lässt den Kollektor strom des Transistors 21 abnehmen, wobei LE 9-67-043 909819/1039

r — ORIGINAL

die Spannung an der Kollektor elektrode 53 anwächst und sich der Versorgungs-' spannung an der Klemme 35 annähert. Die zeitabhängige Signal spannung an der

ist

Kollektor elektrode 53/als Kurve C in Fig. 2 dargestellt. Eine für die Erkennung signifikante Ausgangs spannung ergibt sich dann, wenn die Spannung am Punkt 59 gleich ist derjenigen an der Kollektor elektrode 53. Dieses für das Erkennungs signal charakteristische Spannungsniveau ist in der Fig. 2 als gestrichelte Gerade D angedeutet. Wie aus der Figur entnommen werden kann, hängt sie von der Amplitude der zeitabhängigen Eingangs spannung A ab.

In der Praxis hat sich ergeben, daß die Schaltung nach Fig. 1 ein konstantes Diskriminierungsniveau von etwa 17 Millivolt aufweist, wenn innerhalb der Schaltung folgende Dimensionierung der Komponenten benutzt wird :

Widerstand 25 130

it ti _{27 130}

1000 1200 1580 1580 604

301

604

301

2000 2000

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M	Il	31
Il	It	33
Il	It	39
Il	ti	41
M	ti	45
Il	ti	47
It	Il	49
Il	It	51
M	Il	65
It	Il	73
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Kapazität 43 22 ,uF

Klemme spannung

am Anschluss -35 12V

Klemmspannung

am Anschluss 37 OV

In der oben beschriebenen Schaltung sind die Widerstandswerte, die als Arbeit s wider stände in dem Kollektorkreis des Differentialverstärkers eingeführt sind, für beide Transistoren 21 und 23 des Verstärkers gleich gross. Weiterhin liegen auch gleiche Kollektor ströme für beide Transistoren vor, wobei sich für beide Polaritäten des Eingangs signals ein gleich hohes Diskriminierungsniveau ergibt. Für den Fall, daß eine andere Lage der Diskriminierungsniveaus gewünscht wird, können die genannten einander gleichen Arbeitswider stände in den Kollektorkreisen auch durch solche ersetzt werden, deren Werte voneinander abweichen.

Für den Fachmann ist weiterhin klar, daß verschiedene Modifikationen f

der Schaltung nach Fig. 1 grundsätzlich möglich sind. Z. B. können die Kollektorelektroden der Transistoren 61 und 71 miteinander verbunden werden, so daß sich nur ein Aus gangs signal ergibt, welches eine Aussage darüber macht, an welcher der Klemmen 17 ader 19 das Lesesignal anliegt. Weiterhin können anstelle der Detektorschaltung 13 auch andersartige Schaltungen zur Diskriminierung benutzt werden, die ihrerseits von dem Differentialverstärker 11 angesteuert werden. Eine Abänderung des Verstärkers kann auch insofern erfolgen, daß zusätzlich aneinander angepasste Transistoren LE 9-67-043 909819/1039

und/oder konstante Speisequellen zur Sicherstellung genau abgeglichener Kollektor ströme im Ruhezustand benutzt werden.

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Claims (5)

-13- 8. 10. 1968 si-ha. PATENTANSPRÜCHE

1. Leseverstärker zum Nachweis eines definierten Schwellenwertes

eines bipolaren Eingangssignales, insbesondere für Kernspeicher, mit einem ersten Differentialverstärker aus zwei in Emitterschaltung arbeitenden und vom Eingangssignal gegenphasig angesteuerten Transistoren und mit einem zweiten nachgeschalteten Differentialverstärker zur Diskriminierung des Signales, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswiderstände der Transistoren (21, 23) des ersten Differentialverstärkers (11) in je zwei Teilwiderstände (45,47) bzw. "

(49, 51) aufgeteilt sind und daß die Basis des Transistors (61) des zweiten Differentialverstärkers (13) mit dem Kollektor des Transistors (23) des Verstärkers (11), die Basis des Transistors (63) des Verstärkers (13) mit dem Abgriffspunkt (57) zwischen den Arbeitswider ständen (45) und (47) des Transistors (21) des Verstärkers (11) verbunden ist und daß das für den nachzuweisenden definierten Schwellenwert des bipolaren Eingangs signales signifikante Aus gangs signal an der Kollektorklemme (67) des Transistors (61) des Verstärkers (13) t

erscheint.

2, Leseverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Differentialverstärker (13) ein weiterer Differentialverstärker (15) zur Diskriminierung des Signals vorgesehen ist, dessen Schaltung derjenigen des Verstärkers (13) gleicht, wobei die Basis des Transistors (71) des Verstärkers (15) mit dem Kollektor

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des Transistors (21) des Verstärkers (11), die Basis des Transistors (69) des Verstärkers (15) mit dem Abgriff spunkt (59) zwischen den Arbeitswider ständen (49) und (51) des Transistors (23) des Verstärkers (11) verbunden ist und daß ein weiteres für den nachzuweisenden definierten Schwellenwert des bipolaren Eingangs signals signifikantes Aus gangs signal an der Kollektorklemme (75) des Transistors (71) des Verstärkers erscheint.

3. Leseverstärker nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die getrennte Weiterverwendung der an den Kollektorklemmen (67) bzw. (75) erscheinenden Ausgangssignale.

4. Leseverstärker nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die gemeinsame Weiterverwendung der an den Klemmen (67) bzw. (75) erscheinenden Ausgangs signale nach galvanischer Verbindung dieser Klemmen.

5. Leseverstärker nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Transistoren einer der insgesamt

vorgesehenen differentiellen Verstärker stufen aneinander angepasst sind und/oder daß eine Konstantspannungsquelle als Stromversorgung vorgesehen ist.

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