DE2015565A1 - Schwellwert-Torschaltung - Google Patents
Schwellwert-TorschaltungInfo
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Description
Setevr©! lts3S»t-Toj£»s ehaitung
Erfindung bstrlfit eine Sehw©llwerfc-ioj?sc&<i!n&1! die einen
ubsrlQseru-ngspuBkti. eine Mehrzahl von Eingangskreisen
für die Zuführung von entsprechenden Signalen «um über-lagerungspuntefc
uad ©ine ar, l©tsfcer?m angeschlossene Selwellwertsofraltung
umfaßt.
Sine Schii0llwerfc«TorsGfiaituKs weist im alligesaain&n einen ©inalgeia
binären Ausgang und elii© Mehrzahl von blftären
a«f Ä· tvelch löfcsfcere von gleichem oder auch
Gswicht sä in können« Einer <i$r beiden ι AusgangswöPte .tritt a.B«
daim auf» v;©nn die Summer &®v EiögaBgsgowichto ©in@si v©rg@g«be~
nen Scfe^el.l^ert Ub€z*so}ai^it@t9 »Shrend der
uatsrhalb dieses Schwollwertes auftritt·
Die Vortoll© vbr* :>chvallwert-Toi'SGlmltningeö fttr» vieltp Anwenin
logischen Schaltungen und dergl· sind aligee
bekannt« jedoch vnirda ihre breitere Anwendung
etwas koraplizierfceroa logisohen Pararaeter und die damit
denen Frddleme behindert» Anzustreben ist für derartig© Schaltungen eine große Stufenhöhe (d.i. daß gewiohtete Intervalle
innerhalb dessen der Sehwellwert liegt) und ein br©lter Sin«
gangsslgnalbereioh (d.i. die Suraae der EingangßgSMlebt®), wobei
der Oesamt-Signalausschlag an dem Schwellwertelement
gleichsvieise gering sein soll, um ©ine höh®
kelt und geringen Lei8tungsverlust zu ermöglichen. Dies®
der im Grund® zuwiderlaufenden Forderungen - werden
weise durch einen Kompromiß gelöst, indem EiHmIioh aln
Signalauaschlag bei gleichzeitig geringer StufenhSh® vmä eben»
falls vergleichsweise geringem Blpgangsalgnalberelala verwirklieht
wird. Hieraus ergeben sich oft weitere Probleme Xioh der Kompliziertheit vmu, ßmpfiz.allsnkelb bei -der
aualegung.
00 984 2/1647 BAb
Aufgabe der Erfindung ist in diesem Zusammenhang die Schaffung
einer Schwellwert-Torsohaltung, bei der die vorgenannten Schwierigkeiten überwunden oder doch weitgehend vermindert
sind. Insbesondere richtet sich die Erfindungsaufgabe auf die Schaffung einer Schwellwert-Torschaltung mit großer Stufenhöhe
und geringem Gesamt-Signalausschlag für einen großen
Eingangssignalbereich, wodurch sich eine hohe Empfindlichkeit ohne Einbuße an Arbeitsgeschwindigkeit und ohne erhöhten
Leistungsverlust ergibt. Die erfindungsgemäße Lösnng dieser
Aufgabe kennzeichnet sich bei einer Schaltung der eingangs erwähnten Art hauptsächlich duißh eine an de-n Überlagerungspunkt angeschlossene Impedanzschaltung mit veränderlichem
Impedanzwert, die am überlagerungspunkt im Normalzustand einen
niedrigen Impedanzwert und in Abhängigkeit von vorgegebenen Eingangs-Signalkombinationen am überlagerungspunkt einen hohen
Impedanzwert bildet. Eine in dieser Weise ausgebildete Schaltung löst die gestellte Aufgabe in überraschend einfacher
Weise und mit vorteilhaft geringem Aufwand.
Beispielsweise kann bei der erfindungsgemäßen Schaltung «ine
Überlagerungsschaltung in Form eines an den überlagerungspunkt angeschlossenen nichtlinearen Impedanzelementes vorgesehen
werden, welch letzteres den üblichen, linearen Summierungsxviderstand
für die überlagerung der Eingangssignale ersetzt und unterhalb des Sohwellwertes einen niedrigen» oberhalb
desselben jedoch einen hohen Impedanzwert bildet. Der niedrige Irapedanzwert unterhalb des Schwellwertes ermöglicht
einen großen Eingangssignalbereich mit geringem Gesamt-Signalausschlag
an der Schwellwertsschaltung, wodurch sioh für die Torschaltung eine hohe Arbeitegeschwindigkeit und ein geringer
Leistungsverlust ergibt. Gleichzeitig bietet der hohe Impedanz· wert eine entsprechende Stufenhöhe der Torschaltung, wodurch
die Anforderungen hinsichtlich der Smpflndliohkeit an der Sohwellwertsschaltung vermindert werden.
00984 2/ 1647
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsforai der Erfindung kann
in jedem Eingangskreis ein einfacher Feldeffekt-Transistor als Stromquelle vorgesehen werden, während das nichtlineare
Impedanzelement ebenfalls eine Schaltung mit einem Feldeffekt-Transistor aufweist. Hierdurch ergeben sich besondere Vorteile
in der Anpassung einer solchen Schwellwert-Torschaltung an die Herstellung von Integrierten Schaltungen.
V/eitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben eich aus
der folgenden Besehreibung von AusführungsBeispielen anhand
der Zeichnungen. Hierin seigt:
Fig. 1 den Prinzipaufbau einer ersten Schwellwert-Torßchaltung
gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Spannungs-Stromdiagraram für den Uberlagerungspunkt
der Schaltung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Schwellwert-Torschaltung mit Feldeffekt-Transistoren und
Flg. 4 ein Diagraraa des Senkenstromes in Abhängigkeit von
der Senken-Quellenspannung zur Erläuterung der Wirkungswelse der Feldeffekt-Transistoren In der
Schaltung gemSß Fig· J·
Bei der Schaltung nach Fig. 1 1st eine Hehrzahl von Eingängen
Ij bis In mit entsprechenden Eingangskreisen 1O1 bis 1On
sowie weiterhin eine Impedanzschaltung 50 mit veränderlichem
Icipedanzwert und eine Schwellwertschaltung 80 mit Ausgang 90
vorgesehen. Den Eingängen werden binäre Eingangssignale züge» führt, die mit Hilfe der Eingangskreise und der Im Beispielsfall nichtlinearen Irapedanzechaltung 5 zu einem Zwischensignal
an einem überiagerungspunkt 25 umgesetzt werden. Dieses ZwI-schen3ignal
wird dann mit Hilfe der Schwellwertsachaltung
- 4 - ■ .00 9842/1647
ORIGINAL INSPECTED
80 mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Wenn das Zwißchensignal am Uberlagerungspunkt 25 in bezug auf diesen
Sciiwellwert V^ gleich oder größer 1st (in negativer Richtung
gezählt), so erscheint am Ausgang 90 ein zugeordnetes Signal
Vg. Das Ausführungsbeispiöl gemäß Pig. 1 stellt eine sogenannte
7-aus-n-Torsehaltung dar, die am Ausgang 90 ein Signal
liefert, wenn die Gesamtsumme der Eingangssignal-Einheiten
7 oder mehr beträgt» unterhalb dieser Zahl von Eingangssignal-Einheiten
erscheint am Ausgang 90 ein anderes Signal V^.
Die Eingangskreise weisen je eine Transistor-Stromquelle auf,
deren Schaltung in Fig. 1 für den Eingangskreis 10, schematisch
angedeutet 1st. PUr die Eingangskreise können Jedoch grundsätzlich auch andere Schaltungen mit Kondensator-Widerstands-
oder Widerstands-Diodeneingängen oder dergl. vorgesehen
werden.
In Betrieb werden die in Fig. 1 mit 100 angedeuteten BInSr-Slgnale,
deren Binärwerte 0 und 1 durch die Spannungswerte V. und VY dargestellt sind, über die Eingangskreise zum
Uberlagerungspunlct 25 geleitet. Die an diesen Punkt gelangenden
Signale können von gleichem oder auch unterschiedlichem Gewicht sein, was durch die betreffende Signalamplitude
oder durch den betreffenden Eingangskreis bestimmt wird· Beispielsweise können übereinstimmende Eingangssignalamplituden
vorgesehen werden, während unterschiedliche Gewichte
der Eingangssignale durch die Relativwerte von Schaltungeelementen
in den Eingangskreisen festgelegt sind» beispielsweise
durch die Größe des im Eingangskreis 1O1 angedeuteten
EmitterwiderStandes R1. Der Einfachheit halber sei im Folgenden
Übereinstimmung der Eingangssignale bzw. der Binärwerte ▼a und Vb angenommen, wobei der Signalwert V^ am Überlagerungepunkt
25 als "Eingangssignaleinheit" bzw. kur« "Signaleinheit*
bezeichnet wird. Wenn ferner das der BinSrwert· V« und VA
fähige Signal am Ausgang 90 mit Y bezeichnet wird, so gilt:
- 5 -0098A2/ 1 6 4 7
γ s y_ für eine Summe der Eingangsalgnaleinheiten größer
oder gleich 7
Y = VA für eine Summe der Eingangssignaleinheiten kleiner
oder gleich 6·
Demgemäß beträgt der Schwellwert in diesem Beispielsfall 7
Signaleinheiten, während die Stufenhöhe zwischen einer Summe von 6 und 7 Signaleinlieiten ließt.
Die bereits erwähnten Transistor-Stromquellen in den Eingangskreisen umfassen ein Paar von hinsichtlich ihres Lei tf Shekel tstyps übereinstimmenden Transistoren 111 und 121« deren
Emitter durch einen gemeinsamen Widerstand R, an den Minuspol 131 einer Speisequelle angeschlossen sind· Die Basis des
Transistors 111 ist an den Eingang - beispielsweise I1 - und
der Kollektor an den Pluspol l4l der Speisequelle angeschlossen.
Die Basis des Transistors 121 1st an ein Bezugspotential angeschlossen, Im Beispielsfall an Massepotential«, während der
Kollektor über Leitung 151 an den Überlagerungspunkt 25 angeschlossen 1st. Wenn an dem betreffenden Eingang ein Signal
Vg entsprechend dem Binärwert O liegt, so befindet sieh der
Transistor 111 im Leitzustand« wahrend der Transistor 121
sperrt. Entsprechend Umgekehrtes gilt für den Signalwert Vb
entsprechend dem Binärwert 1, wobei ein der Signaleinheit zugeordneter Strom Über Leitung 151 zum tfoerlagerunSpunkt 25
fließt. Die Größe dieses Stromes ist durch die Speieequalle
und die Größe des B<terwiderstandes R^ bestimmt.
Die kombinierten Signaleinheiten In Form entsprechender
Ströme gelangen über Leitung 51 an die nichtlineare Impedanz»
schaltung 550, die Im Beispielsfall einen Transistor 55 und
Widerstünde 36, 57 umfaßt. Diese Impedanzeohaltung bildet
erflndungsgemKd unterhalb des Sehweilwertes der Torschaltung
einen niedrigen Itspedanzwert und Innerhalb der Stufe einen
hohen Impedanzwert. In Fig. 1 let ein» beispielhafte Kenn«
009842/1847 ' . * 6 -
linie für eine solche nichtlineare Impedanzschaltung mit
201 bezeichnet. Unterhalb des Schwellwertes fließt Strom über die zueinander parallel geschalteten Widerstände 56
und 57, wobei der Transistor 55 gesättigt 1st« Bei zunehmendem Strom und somit abnehmender Spannung am Oberlagerungspunkt 25 infolge weiterer Signaleinheiten V. an den Eingängen
der Troschaltung wird der Transistor 55 in einen nichtgesKttigten Zustand mit konstanter Stromführung umgesteuert .
Hierbei wird der Widerstand 56 aus der Parallelschaltung zum Widerstand 57 abgeklemmt und der am Oberlagerungspunkt
25 wirksame Impedanzwert entsprechend erhöht. Der üraschalt-Stromwert der Impedanzsohaltung 5O von ihrem niedrigen zum
hohen Impedanzwert 1st so eingestellt, dafl dieser Übergang in den Bereich der Stufe, d.h. zwischen einen Summenwert der
Signaleinheiten zwischen 6 und 7 fallt. Vorzugsweise wird der Umschaltpunkt an den Beginn, d.h. an das untere Ende der
Stufe oder in die Nähe dieses Punktes gelegt, wie in Flg. 2 dargestellt ist.
Der vorgegebene Schwellwert V7 gemäß Flg. 2 wird durch die
Schwellwertschaltung 80 bestimmt. Hierfür kommt eine übliche Vergleicherschaltung mit Transistoren 81, 82 und einer Vergleichsspannungsquelle 88 in Betracht. Entsprechende andere
Schaltungen üblicher Art, z.B. solche mit nicht linearen Dioden, Magnetkernen und dergl. können ebenfalls hler eingesetzt werden. Im Beisplelsfall geiB&ß Fig. 1 1st dl· Basis des Transistors 8l über Leitung 85 mit dem Überlagerungspunkt 25 und die
Basis des Transistors 82 mit der Verglelchsspannungsquelle 80
verbunden. Der Kollektor des Transistors 82 ist über Leitung 89 mit dem Ausgang 90 verbunden. Eine übliche Justlersohaltung kann in der Leitung 89 für die Einstellung der Ausgangesignalwerte VA und Vß entsprechend den Blngangeelgnalwtrten
Vft und Vb sowie zur Anpassung an nachfolgende Sohaltungeelnholten vorgesehen werden.
• 7 -
,..*:,.. 00 984 2/ 1847
Der-TA'aBsistor 82 sperrt im Kformalzustand, während Transistor
8l leitet, tfas dem Ausgangssignalwert "?A entspricht. Wenn die
Spannung as'Überlagerungspunkt 25 den im wesentlichen durch
die TergleiehsspBtmusg 88 bestimmten Schwellwerk V^ erreicht, .
so werden" ate Transistoren 81 und 82 in ihre entgegengesetsten
LeIt- bsw« fSperrsustände umgeschaltet.., was dem Ausgangssignalwert V-,
Insgesamt liegt somit eine Uberlagerungsschaltung mit der
niehtlinearen XoipsdanKsehaltung 50 als wesentlichem Bestandteil
\?ora die für Jede Sunahme der Signal- bzw. Stroirisurarae
im übs-rlageruiigspunkt entsprechend einer Signaleinheit unterhalb
eines .vorgegebenen Summendertes eine Spannüngssunahme
gemäß einem ersten, niedrigeren Anstiegsverhältnis und oberhalb
äer vorgegebenen Signalsumme eine solche Zunahme gemäß
einem zweifcon^ höheren Anstiegsverhältnis bewirkt. Der vorgegölaea©
Usaschaltwert der «Summe der Eingangssignaleinheiten
■ist im Beisisielsfall etwa um eine Signaleinheit geringer als
der Sehi'jellviert der Tors ehaltung, wodurch sich die beiden
AKst:lsgsive?hältnisse_uiiterhalb der Stufe bzw, in der Stufe '
des»- ^orsoIialttHiß bestimmen·
Bei eier Äusführwngsform gemäß Fig. 3» die sich besonders für
eine Anwendung der integrierten Schaltungstechnik eignet,
ws^dem im unterschied zu der Schaltung nach Flg. 1 Feldeffekt
Transistoren- verwendet. In übereinstiramung mit Fig. 1 ist
eine Hehrzahl" von Eingängen I^ bis In, ein Üb@rlagerungst
S5 und ein Ausgang 90 vorgesehen. Den Eingängen sind
Eingangskreise pO biß JOn mit Feldeffekt-Transistoren Q1
bis Ii^ vorgesehen» welch letztere als Eingangs-Stromquellen
wirken-· Die Quellenelektroden der Transistoren sind an
Massepotential und die Senkenelektrode^- an den überlagerungs»
ptmkt Z5 angeschlossen. '
— 8 " —
984-2/164 7 BKl0mmL
Eine typische Spaionurigs-Stromkennlinle für die einzelnen
Feldeffekt-Transistoren Q1 bis Qß, die hier als übereinstimmend
angenommen sind, ist in Fig. 4 mit 401 bezeichnet.
Bei Vorhandensein eines Ei&gangssignals Vq sei der Feldeffekt-Transistor
in dem zugehörigen Eingangskreis angenommenerweise
im Sperrzuetand vorgespannt, während umgekehrt ein Eingangssignal
V^ eine Umsteuerung des Transistors in den Leiteustand
und einen entsprechenden Senkenstrom I zum Überlagerungspunkt 25 zur Folge hat.
An Letzterem ist eine nichtlineare ImpÄdanzschaltung 500
mit einem Feldeffekt-Transistor 505 angeschlossen· Zwischen
Steuerelektrode und Senke dieses Transistors ist ein Widerstand 502 angeschlossen, während ein Diodenpaar 504 zwischen
Steuerelektrode und Quellenelektrode eine im wesentlichen konstante Spannung zwischen diesen beiden Elektroden herstellt.
Die Quellenelektrode des Transistors 505 1st ferner an den Uberlggerungspunkt 25 und die Senkenelektrode an eine
Speisequelle 508 angeschlossen. In dieser Schaltung bewirkt der Transistor 5O5 eine Nichtlinearität der Spannungs-Stromkennllnie
402 gemäß Pig. 4Λ die der Kennlinie 201 der Impedanzschaltung
50 gemäß Pig. 1 Im wesentlichen ähnlich ist.
Im Ausgangszustand ohne Eingangseignale wird die am Überlagerungspunkt
25 vorhandene, in Pig. 4 rait V- bezeichnete
Spannung durch die Speisequelle 508 der Impedanssohaltung
500 bestimmt. Wenn der Stromfluß zum Überlagerungspunkt 25
entsprechend dem Auftreten von Eingangssignalen mit den je einer Signaleinhelt entsprechenden Signal- bzw» Spannungswerten V1 zunimmt, so nimmt die Spannung am Oberlagerungepunkt
25 zunächst gemäß einem ersten Anstiegs verhältnis ab,
und zwar bis zu dem durch die Abschnürspannung V^ des Transistors
5Ο5 bestimmten Umschaltpunkt, wonach die Imped ansschaltung in den Zustand höherer Impedanz tibergeht und auf
009842/ 1 647
weitere Eiagaagssigcaleinheiten mit einem zweiten, wesentlich
steileren Ansteigsverhältnis reagiert. Auf diese Weiise
ergibt sich widerum eine Schwellwert-Torschaltung mit großer
Stufenhöhe·
Der Sehwellwert-.'der Torschaltung ist wiederum durch eine
entsprechende Schwellwertschaltung 800 bestimmt, woffür eine
entsprechende Schaltung» wie die in Flg. 1 mit 80 bezeichnete,
in Betracht kommt. Wenn die das Zwischensignal darstellende Spannung am Überlagerungspunkt 25 den vorgegebenen»
in Fig. 4 mit Vfc bezeichneten Schwellwert überschreitet, so
tritt- am Ausgang $0 ein zugeordnetes Signal V auf.
Es ergibt sich somit insgesamt wiederum eine Schwellwert-Tor3ohaltung
mit einfachem, wirtschaftlichem Aufbau und zuverlässiger Wirkungsweise, wobei die gestellten Forderungen
hinsichtlich großer Stufenhöhe, großem Eingangssignalbereich
und geringem Oesamt-Signalausscnlag an der Sehwellwertßschaltung
erfüllt sind.
009842/1647
Claims (1)
- • Λ).WESTERH EISCTRIC COMPANY IHC* 31.März 1970A 31 623Ansprüchey/ Schwellwert-Torsohaltung, umfassend einen Signal-Überlagerungspunkt (25), eine Mehrzahl von Eingangskreisen (1O1-IO ) für die Zuführung von entsprechenden Signalen zum überlagerungapunkt und eine an letzteren angeschlossene Schwellwertschaltung (80), gekennzeichnet durch eine an den Über lage« rungspunkt angeschlossene Impedanzechaltung (50) eit veränderlichen Ioipadanzwert, die an Uberlagerungspunkt im Normalzustand einen niedrigen Impedanzwert und in Abhängigkeit von vorgegebenen Bingangs-Slgnalkombinationen am Überlagerungspunkt einen hohen Itapedanztrert bildet.'. Torsohaltung nach Anspruch I, daduroh gekennzeichnet, dag einer ersten Signalkombination am Überlageruagspunkt (25) ein Ausgangßslgnal der Torschaltung zugeordnet ist und daß der hohe Inpedanxwert der Inpedansschaltung (30) wenigstens bei Vorhandensein dieser ersten Signalkombination am Überlagerungepunkt ansteht.>. Torsohaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dafl als erste Signalkonblnatlon eine erste Sum» von Eingangesignalen vorgesehen ist und dafl der hohe Iapedanxwert der Xmpedanzeohaltung (50) am überlagerungepunlct (25) einer die erste Summe von Eingangssignalen übersteigenden twelten Eingangssignalsumme zugeordnet ist.■. Torschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüohe, daduroh pcekenn^ei,chnett dag die Impedanxsobaltung erste und «weite Zmpedanzsweige sowie Sohaltalttel für den selektiven Ansohluß wenigstens eines der ersten und «weiten Iapedanszweige »n den Überlagerungepunkt aufweist«-^ " ©0 98 4 2/1647Torschaltung aaoh efeeai 6m? vorangehend©!!_g&B. die lrapedansselialfcung einen aufweist,6, ^arschaltiiiig nach einem der vorangehenden Ansprüche*; durch, „f&) die lEipedaiisschaltuDg ist für di© Suführimg von Signalen mit einem Gswicht m oder isisieia Mehrfachen davon seitens•tr*der EingangslEreise vorgesehensb) es sind !Uttel- g-ar K^zäbiaatiem d&r Eijsgansssignal© ssu ©i-ßem g&iscfrensignal ^orgesehena das für jedes liahe EiBgassssißJ^I mit ööa Qs^icht ra bis zu Vielfachen k davon g®m%M eine® ersten. Ansfciegsv®rhältnis und dar-übör für ^edss tmltaro Eingasigssignal rait Q&'^iaht m gezT.ilß einozß ir*feite&e in Bozug auf das wesentlich größere» Äsistiegs^exiiilltnis aunissat;o) an di© Kittel sta» Koiabiiiatioa dar Eingangssignal© ist ©ine SchwöllHertßchalt«ng assgosclilossen^ dl© bei tJber1-eines Wertes k * m duroh daß kombinierte Bingangssignale ©la Ausgangesignal liefertnach einem des» varajßgefc@näeB Ansprüoöö,dien lEspodansscSKiltmig beieiner ÄKsahi von EingangssigBaloinlieitön unter einer vorgögebenen Gösa^tzohl am tJbez'lager^gepunlct ihren niedrig©» Irapedanzwerfc sowie oberhalb der vorgegebenen Öeaajatsuisno© ihren hohen Xmped&nsn^rt; anisicsnt und daß die an den über« Iageru^6pi23oict ansesuhlossene ßcHini 11 wert schaltung bei einer Anzahl von Einga&gssignaleinftoiton oberhalb der vorgegebenen Goaarataiimnö ein Ausgangssignal liefert·0098A2/16A7BAD ÖRlSfNAL
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