DE1957061A1 - Vergleicherschaltung - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 10. November 1969

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket PO 967 085

Vergleicher schaltung

Die Erfindung betrifft eine Vergleicher schaltung zur Durchführung eines Vergleiches zwischen einem Eingangssignal und einem Bezugswert unter Verwendung eines als Differentialschalter ausgebildeten Vergleiehers, dessen Ausgangs signal angibt, ob der Eingangs signalpegel über oder unter dem Bezugswert liegt, .

Die erfindungs gemäße Ver gleicherschaltung ist in besonderem Maße auf dem Gebiet der Speichertechnik anwendbar und dient dabei als Lesever« A

stärker« Ein Problem, das bei derartigen Vergleieherschaltungen immer wieder auftritt, besteht darin» daß es sehr schwierig ist, exakte Vergleiche zwischen einem Bezugswert und einem Eingangssignal zu erhalten. Mit der Verbreitung der monolithischen Schaltungstechnik gewinnt dieses Problem an Bedeutung, da es in dieser Technik außerordentlich schwierig ist, enge Toleranzen der Absolutwerte der Kenngrößen der einzelnen Schaltelemente einzuhalten. Es ist aber bekannt, daß die Eigenschaften von Schaltelementen, die in ein und demselben monolithischen Halbleiterkörper verwirklicht werden, weitgehend gleichlaufend sind. Aufgrund dieser gleichlaufenden Eigenschaften monolithischer Schaltelemente lassen sich sehr

009822/1759

BADORiGlNAL

genau arbeitende Schaltungen aufbauen.

Bei der erfindungsgemäßen Vergleicher schaltung wird diese Tatsache ausgenützt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, unter Ausnützung der genannten Tatsache eine extrem genau arbeitende Vergleicher schaltung anzugeben. Insbesondere soll die er findung s gemäße Vergleicher schaltung in monolithischer Technik hergestellt werden und für die Massenproduktion geeignet sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für eine unter Verwendung eines als Differentials ehalt er ausgebildeten Vergleichers, dessen Ausgangs signal angibt, ob der Eingangssignalpegel über oder unter dem Bezugswert liegt, aufgebaute Ver gleicher schaltung dadurch gelöst, daß der eine Eingang des Differential schalter s mit dem Ausgang eines Signal ver stärkers, an dessen Eingang das Eingangssignal liegt, und der andere Eingang mit dem Ausgang eines Bezugswert ver stärkers, an dessen Eingang der Bezugs wert liegt, verbunden ist und daß em Etegelkceis vorgesehen ist, der den Ausgangspegel des Signalverstärkers so einregelt, daß er gleich dem vom Bezugswertverstärker gebildeten Festwert ist, wenn das Eingangssignal gleich der Bezugswert ist«

Insbesondere soll die Vergleicher schaltung so ausgebildet sein, daß Signalverstärker und Bezugswert ver stärker nach dem Stromübernahmeprinzip arbeitende, jeweils aus zwei emittergekoppelten Transistoren bestehende Differential ver stärker sind.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Regelkreises besteht darin, daß er aus einer über eine auf den Ausgangspegel des Bezugswertverstärkers ansprechende Kopplung gesteuerten und Bezugswertverstärker und Signalverstärker speisenden Betriebsspannungsquelle besteht, so daß der Ausgangspegel des Bezugswertverstärkers auf den Festwert eingestellt wird.
Docket PO 967 085 0 0 9 8 2 2/1759

^ •.ίΰ'ΐΟ Ü/«5 BAD OR(QlNAL

Ein bezüglich der Genauigkeit des durchgeführten Vergleiches vorteilhaftes Ausführungsbeispiel besteht darin, daß als Konstantstromquelle für den als Vergleicher dienenden Differentialschalter ein Zweig eines weiteren, ebenfalls nach dem Stromübernahmeprinzip arbeitenden Differential schalter s eingeschaltet ist und daß über die Steuerelektrode des anderen Zweiges dieses Differentialschalters eine Tastung des als Vergleicher dienenden Differentialschalters erfolgt.

Schließlich ergeben sich Vorteile dadurch, daß die Ausgänge von Bezugswertverstärker und Signalverstärker jeweils von einer nachgeschalteten Emitterfolge stufe gebildet werden. ^

Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Leseverstärker für eine Speichereinrichtung.

Ein Transistor Tl ist mit zwei Transistoren T2 und T3 zu einem Differentialschalter verbunden. Liegt an der Basis des Transistors Tl ein geringeres Potential als an der Basis eines der Transistoren T2 oder T3, so ist der entsprechende Transistor T2 oder T3 leitend. Dagegen leitet Transistor Tl, wenn das Potential an seiner Basis geringer ist als das Potential an den Basen beider Transistoren T2 und T 3. Die Basis des Transistors Tl ist über die Basis-Emitter strecke eines Tran- ™

sistors T4 mit Masse verbunden. Die Basen der Transistoren T2 und T3 liegen an unterschiedlichen Ausgängen eines als Differentialverstärkers aufgebauten Signal Verstärkers 10. Der Differentialschalter erfüllt somit die Aufgabe, den Ausgangspegel des Signalverstärkers 10 mit einem Festwert zu vergleichen, der im betrachteten Beispiel durch den gegenüber Massepotential gemessenen Spannungsabfall an einer Diode gegeben ist. Auf den Ablauf und den Zweck dieses Vergleiches wird im folgenden noch näher eingegangen.

Docket PO 967 085 0 0 9 8 2 2/1759

.!A*?i8föO.0A8 BAD

Zunächst sei ein Transistor T5 erwähnt, der mit einem Transistor T6 einen weiteren Differentialschalter bildet. Der Strom für diesen Differentialschalter wird von einer aus Transistoren T7 und T8 und Widerständen Rl und R2 bestehenden Stromquelle geliefert. Der aus den Transistoren Tl, T2 und T3 bestehende Differentialschalter erhält seinen Strom von Transistor T5. Liegt jedoch das Basispotential des Transistors T6 über dem Basispotential des Transistors T5 oder wird das Basispotential des Transistors T6 über Massepotential angehoben, so fließt der Strom über den Transistor T6 und nicht über den Transistor T5, Um die Transistoren Tl, T2 und T3 in Betrieb zu setzen, wird das Basispotential des Transistors T6 unterhalb Massepotential gelegt. Transistor T5 zieht dann Strom und versorgt damit die Transistoren Tl, T2 und T3. Das Anheben oder Absenken des Basispotentials des Transistors T6 ist mit Rastung bezeichnet. Diese Tastung des Differential schalters erfolgt zu dem Zweck, den Ausgangspegel V Ausg. bis zum Zeitpunkt der Bestimmung seiner Höhe in Ruhestellung zu halten. Aus diesem Grunde liegt das Basispotential des Transistors T6 normalerweise höher als das Basispotential des Transistors T5, so daß den Transistoren Tl, T2 und T3 kein Strom zugeführt wird und den Basen der Transistoren Tl, T2 und T3 zugeführte Signale somit keinen Einfluß auf den Ausgangspegel V Ausg. des Differentialschalters haben. Zu einem Zeitpunkt, in welchem der Ausgangspegel V Ausg. abgefühlt werden soll, wird das Basispotential T6 abgesenkt, so daß die Transistoren Tl, T2 oder T3 über den Transistor T5 in Betrieb gesetzt werden.

Wie bereits erwähnt, liegen die Basen der Transistoren T2 und T3 an den Ausgängen eines als Differential verstärker ausgebildeten Signal Verstärkers 10, um deren Ausgangspegel mit dem durch den Spannungsabfall an einer Diode bestimmten Basispotential des Transistors Tl zu vergleichen. Der Signalverstärker 10 verstärkt die an die Basen seiner Transistoren T9 und TlO angelegten Eingangs signale V Sign., die beispielsweise von der Leseleitung einer Speichereinrichtung geliefert werden. Als Stromquelle

Docket PO 967 085 0 0 9 8 2 2/1759

sBfK) GAB BAD OfUGINAL

für die Transistoren T9 und TlO dient ein Transistor TIl und ein Widerstand R3. Von den beiden Transistoren T9 und TlO zieht jeweils der mehr Strom, der ein höheres Basispotential aufweist. Der durch die Transistoren T9 und TlO fließende Strom erzeugt an zugeordneten Kollektorwiderständen R4 und R5 Spannungen, die über die als Emitterfolger geschalteten Transistoren T12 und T13 an die Ausgänge des Differential-Signalverstärkers übertragen werden» Sobald der Ausgangspegel des Signalverstärkers 10 das Basispotential des Transistors Tl übersteigt, wird Transistor Tl gesperrt, während der zugeordnete Transistor TE beziehungsweise T3 in den leitenden Zustand gebracht wird. *

Es zeigt sich also, daß das an den zusammengelegten Kollektoren der Transistoren T2 und T3 gebildete Potential eine Aussage darüber gibt, ob einer der beiden Ausgangspegel des Signalverstärkers 10 höher oder niedriger ist als das durch den Spannungsabfall an einer Diode am Basiseingang des Transistors Tl gebildete Potential. Die Durchführung eines derartigen Vergleiches ist in vielen Anwendungsfällen zweckmäßig. Bei der Verwendung als Leseverstärker ist nicht ein Vergleich zwischen dem Ausgangs signal des Signalverstärkers und einem vorgegebenen Potential erforderlich, sondern ein Vergleich zwischen dem Eingangssignal V Sign, des Signalver stärker s 10 und einem ausgewählten Bezugswert V Ref. Gemäß der Erfindung werden zu diesem Zweck die Ausgangspegel des Signalver- ™

stärkers in Abhängigkeit von einem gewählten Festwert so eingestellt, daß ein genauer Vergleich zwischen Bezugswert und Eingang ssignalpegel ermöglicht wird. Es ist deshalb zusätzlich ein Be zugswert verstärker 12 vorgesehen. Wie der Signalver stärker besteht auch dieser Bezugswertverstärker aus zwei als Differential verstärker geschalteten Transistoren T14 und T16. Als gemeinsame Emitter stromquelle ist ein Transistor T17 und ein Widerstand R6 vorgesehen. Die den Bezugswert darstellende Spannung wird zwischen den Basen der Transistoren T14 und TlB angelegt, wobei an der Basis des Transistors T14 das positive Potential liegt. Transistor T 16 leitet demzufolge weniger als Transistor T14, so daß an einem Widerstand R7 eine geringere Spannung als einem Widerstand R8 abfällt.

Docket PO 967 085 009822/1759

&«AUäifi\ y/-v _BAD

Der Spannungsabfall am Widerstand R7 wird über einen Transistor T18 auf den Ausgang des Bezugwertverstärkers übertragen.

Der Ausgang des Bezugswertverstärkers 12 ist über den Emitter des Transistors T18 mit der Basis des Transistors Tl verbunden. Der Kollektor des Transistors T18 steht über einen Widerstand R9 mit der positiven Klemme 14 einer Spannungsquelle in Verbindung, die die Betriebsspannung der Ge samt schaltung liefert. Der über den Widerstand R9 fließende Strom bestimmt die gemeinsame Betriebsspannung des Signalverstärkers 10 und des Bezugswertverstärkers 12. Diese Betriebsspannung wird von der Klemme 14 über die Kollektor-Emitter strecke des Transistors T19 an die Leitung 16 geliefert. Die Basis des Transistors T19 ist mit dem Kollektor des Transistors T18 verbunden. Aus diesem Grunde liegt bei leitendem Transistor T18 am Wider stand R9 eine Spannung, bei der Transistor T19 leitet. Der leitende Transistor T19 liefert somit die Betriebsspannung für beide Verstärker 10 und 12. Die Höhe der Betriebsspannung hängt davon ab, wie stark Transistor T18 leitet. Bei stark leitendem Transistor T18 nimmt die Spannung am Widerstand R9 zu, so daß Transistor T19 weniger leitet und damit die Betriebsspannung absenkt. Bei schwächer leitendem Transistor T18 nimmt die Spannung am Widerstand R9 ab, so daß Transistor T19 stärker leitet und damit die Betriebsspannung anhebt. Die auf diese Weise festgelegte, an Leitung 16 anliegende Betriebsspannung bestimmt den Leitzustand des Transistors T18, indem der bei leitendem Transistor T16 am Widerstand R7 erzeugte Spannungsabfall gesteuert wird. Die Anordnung der Transistoren T18 und T19 und der Widerstände R7, R8 und R9 ist so getroffen, daß Transistor T19 leitet und der Leitung 16 eine Betriebsspannung zuführt, deren Höhe ausreicht, den Transistor T18 gerade leitend zu halten. Besteht bei Transistor T18 die Tendenz zu höherer Leitfähigkeit, so wird Transistor T19 schwächer leitend und vermindert damit die Spannung auf Leitung 16, so daß die Leitfähigkeit des Transistors T18 wieder reduziert wird. Im umgekehrten Falle wird. Transistor T19 stärker leitend, so daß die Spannung auf der Leitung 16

Docket PO 967 085 0 0 9 8 2 2/1759

zunimmt und damit die Leitfähigkeit des Transistors T18 erhöht wird.

Die Dioden Dl und DZ ausgenommen, sind die beiden Verstärker 10 und 12 identisch aufgebaut und in demselben monolithischen Halbleiterkörper untergebracht. Daraus ergibt sich, daß die durch Widerstand R4 und Widerstand R7 fließenden Ströme gleich groß sind und daß damit in den Knoten A und B gleiches Potential herrscht, wenn die Potentialdifferenz hinsichtlich Polarität und Höhe zwischen den Transistoren T9 und TlO gleich der zwischen den Transistoren T14 und T17 ist. In diesem Zustand liegen deshalb beide Knoten A und B auf einem Potential, das um einen Basis-Emitter-Spannungsabfall höher liegt als das Basispotential des ™

Transistors Tl. Da sich die Transistoren T18 und T12 entsprechen, sind die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren T18 und T12 gleich groß. Das Potential an der Basis des Transistors T2 oder an den Basen beider Transistoren liegt um einen Dioden-Spannungsabfall höher als das Massepotential. Mit Hilfe der angegebenen Rückkopplung wird demnach erreicht, daß das zwischen den Emittern der Transistoren T9 und T10/liegende Signal mit dem zwischen den Emittern der Transistoren T14 und T16 an» liegenden Bezugswert verglichen wird. Liegt das Signal über dem Bezugswert, so leitet Transistor T2, liegt dagegen das Signal unter dem Bezugswert, so leitet Transistor Tl. Dieselbe Aussage kann bei umgekehrten Polaritäten für die Transistoren T3 und Tl gemacht werden,

Der Ausgangspegel V Ausg. des als Vergleicher dienenden Differentialschalters zeigt demnach an, ob-das Eingangssignal V Sign, größer oder kleiner als der Bezugswert V Ref. ist. Im einen Fall liegt der Ausgangspegel hoch und im anderen Fall liegt er tief. Um dem Ausgangssignal eine Polarität s Zuordnung zu geben, sind Transistoren T20 und T21 in die Schaltung eingefügt. Liegt der Eingangs signalpegel unter dem Bezugswert, so ist der Ausgangspegel positiv -während im umgekehrten Fall der Ausgangspegel negativ ist.

009 8 2 2/1759

Docket PO 967 085

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE

1. V ergleicher Schaltung zur Durchführung eines Vergleiches zwischen einem Eingangssignal und einem Bezugswert unter Verwendung eines als Differential Schalter ausgebildeten Vergleichers, dessen Ausgangssignal angibt, ob der Eingangssignalpegel über oder unter dem Bezugswert liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Eingang des Differentialschalters mit dem Ausgang eines Signalverstärkers, an dessen Eingang das Eingangssignal liegt, und der andere Eingang mit dem Ausgang eines Bezugswertver stärkers, an dessen Eingang der Bezugswert liegt, verbunden ist, und daß ein Regelkreis vorgesehen ist, der den Ausgangspegel des Signalverstärkers so einregelt, daß er gleich dem vom Bezugswertverstärker gebildeten Festwert ist, wenn das Eingangssignal gleich dem Bezugswert ist.

2. Vergleicher Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Signal Verstärker und Bezugswertverstärker nach dem Strom übernahmeprinzip arbeitende, jeweils aus zwei emittergekoppelten Transistoren bestehende Differ entialver stärker sind.

3. Vergleicher Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis aus einer über eine auf den Ausgangspegel des Bezugswertverstärkers ansprechende Kopplung gesteuerten und Bezugswertverstärker und Signalverstärker speisenden Betriebsspannungsquelle besteht, so daß der Ausgangspegel des Bezugswertverstärkers auf den Festwert eingestellt wird.

4. Ver gleicher schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Konstantstromquelle für den als Vergleicher dienerα Differeiitialschalter ein Zweig eines weiteren ebenfalls nach dem Stromübeniahxneprinzip arbeitenden Differentialschalters einge-

Docket PO 967 085 009822/1759

SAD QRIGiNAL

schaltet ist und. daß über die Steurelektrode des anderen Zweiges
dieses Differential schalters eine Tastung des als Vergleicher dienenden Differentialschalters erfolgt.

5. Ver gleicher schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge von Bezugswertverstärker und Signalverstärker jeweils von einer nach ge schalteten Emitterfolge stufe gebildet werden.

Docket PO 96? 085 0 0 9 8 2 2/1759

Leerseite