DE2362987A1

DE2362987A1 - Impulsgenerator

Info

Publication number: DE2362987A1
Application number: DE19732362987
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Hatsukano; Toru Onodera; Shinji Shimada; Osamu Yamshiro
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-06-04
Filing date: 1973-12-18
Publication date: 1974-12-19
Also published as: FR2199230B1; GB1475724A; FR2199230A1; JPS5011737A; NL7403051A; IT1009564B

Description

Priorität: 4. Juni 1973, Japan, Nr. 61971

Impuls generator

Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator, insbesondere einen solchen, der sich für integrierte Schaltungen eignet.

Bei neueren elektronischen Tischrechnern werden arithmetische Schaltungen, Steuerechaltungen und ähnliche Schaltkreise in integrierter Schaltungstechnik.ausgeführt, um niedrige Kosten und kleine Abmessungen zu erreichen. Ziel ist es, einen elektronischen Tischrechner zu entwickeln, bei dem diese Schaltungen -auf einem einzelnen Plättchen zusammengebaut sind.

Einige dieser Schaltkreise lassen sich jedoch aus Gründen des Schaltungsaufbaus nicht in einem Halbleitersubstrat zusammenbauen. Zu diesen Schaltkreisen gehört der Taktimpulsgenerator. Taktimpulsgeneratoren nach dem Stand der Technik sind gewöhnlich aus einem astabilen Multivibrator aufgebaut, der mit zwei Kondensatoren arbeitet. Da die Kondensatoren große Kapazitäten haben müssen, lassen sie sich nicht in einem Halbleitersubstrat herstellen, sondern müssen extern angeschlossen v/erden. Beim astabilen Multivibrator werden die beiden Anschlüsse der Kondensatoren mit von den Bezugspotentialpunkten, etwa Erde, unterschiedlichen Punkten verbunden. Bei Verwendung eines astabilen Multivibrators in integrierter Schaltunsstechnik ist es deshalb erforderlich, vier Anschlüsse zur externen Verbindung

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vorzusehen. Genauer gesagt, besteht der astabile Multivibrator kr eis nach dem Stand der Technik aus zwei Inverterstufen, so daß jeder Kondensator zwischen der Eingangsseite einer Inverterstufe und der.Ausgangsseite der anderen Inverterstufe eingeschaltet v/erden muß, damit die Oszilletorwirkung erreicht \\'ird. Wird nun der astabile Multivibrator in eine integrierte Schaltung eingebaut, so erhöht sich die Anzahl der Anschlüsse für die externe Verbindung auf dem Halbleiterplättchen. V/erden die verschiedenen Schaltkreise, wie oben erwähnt, auf einem Plättchen hergestellt, so sollte eine Anzahl von Schal tier eis en auf einer kleinen B'läche enthalten sein; infolge der großen Anzahl von Anschlüssen ist der Aufbau in integrierter Schaltungstechnik somit schwierig.

Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, einen Impulsgenerator zu schaffen, bei dem Nachteile bekannter Schaltungen vermieden oder wenigstens abgemildert sind. In Anbetracht des oben erwähnten Standes der Technik kann die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin gehoben werden, einen Impulsgenerator zu schaffen, der sich insbesondere zur Ausführung in integrierter Schaltungstechnik eignet. Zur Aufgabe der· Erfindung gehört es ferner, einen Impulsgenerator vorzusehen, bei dem sich die Anzahl der externen Anschlüsse bei Ausführung in integrierter Schaltungstechnik gleichzeitig verringern läßt.

Zur Lösung der genannten Aufgabe umfaßt ein Impulsgenerator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung drei.in Kaskade zu einem geschlossenen Kreis geschaltete Inverter aus HOSFETs, einen zwischen der Eingangsklemme des zweiten Inverters und einem Bezugspotential eingeschalteten ersten Kondensator sowie einen zwischen einer Eingangsklemme des dritten Inverters und dem Bezugspotential liegenden zweiten Inverter, wobei das Ausgangssignal an der Ausgangsseite des dritten Inverters abgenommen wird.

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Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnunren näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Impulsgenerators;

Fig.2a bis 2c Impulsdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise verschiedener Teile der Schaltung nach Fig.- 1 ;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Anwendungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ;

Fig. 4c bis 4i Impulsdiagramrne zur Erläuterung der * Vorgänge an verschiedenen Stellen der Schaltung nach Fig. 3; und

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines weiteren Außfüh-Eungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Impulsgenerators.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Impulsgenerators arbeitet mit MOS-Feldeffekttransistoren, die im Folgenden kurz als MOSFETs bezeichnet werden.· In Fig. sind mit 11 bis 13 drei Inverter bezeichnet, die in Ks.skade zu einem geschlossenem Kreis geschaltet sind. Zwischen einem Eingang des zweiten Inverters 12 und Erde liegt ein Kondensator C1, während zwischen einem Eingang des dritten Inverters 13 voiu. Erde ein Kondensator C2 eingeschaltet ist. To ist die an den Ausgang des dritten Inverters 13 angeschlossene Ausgangsklemme. Mit T1 bis Τβ sind MOSFETs bezeichnet, von denen die Transistoren T1, T3 und T5 als Lastwiderstände arbeiten,

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während die Transistoren T2, T4 und T6 als Inverter-Transistor en eingesetzt sind. Der Inverter H ist aus P-Kanal-Feldeffekttransistoren T1 und T2 aufgebaut, deren Ausgangselektroden in Serie geschaltet sind. Der Transistor T2 ist auf einer Seite geerdet oder an ein gemeinsames Bezugspotential angeschlossen, während der Transistor T1 an einer Seite mit einer Versorgungsquelle -VDD verbunden ist. Die Gate-Elektrode des Transistors T1 ist ferner an den Verbindungspunkt zwischen den Ausgangselektroden der Transistoren T1 und T2 angeschlossen. Die übrigen Inverter 12 und 13 sind ähnlich aufgebaut wie der Inverter 11.

Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1 soll anhand von Fig. 2a bis 2c erläutert werden.

Wie in den Impulsdiagramnien dargestellt, sei angenommen, daß während einer Zeitperiode ti der Transistor T6 leitend ist und am Verbindungspunkt c eine Spannung erzeugt, deren Absolutwert kleiner ist als die Schwellenspannung des Transistors T2, während der Transistor T4 nicht-leitend ist und der Kondensator C2 mit dem durch den Transistor T3 fließenden Strom aufgeladen wird. Ferner sei angenommen, daß in der Zeitperiode ti der erste Kondensator C1 zu laden beginnt, da der Transistor T2 nicht-leitend ist.

Wird in diesem Zustand in einer Zeitperiode t2 die Ausgangsspannung des Transistors T2 am Verbindungspunkt a zwischen den Ausgangselektroden der Transistoren T1 und T2 gemäß Fig. 2a in ihrem Absolutwert größer als die Schwellenspannung des Transistors T4, so wird dieser leitend. Dann beginnt die in dem zweiten Kondensator C2 gespeicherte Ladung sich über den Transistor T4 zu entladen.

Wird anschließend in einer Zeitperiode t3 die Ausgangsspannung des Transistors TA an Verbindungspunkt zwischen den Ausgangselektroden der Transistoren T3 und T4 gemäß Fig. 2b in ihren

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Absolutwert kleiner als die Schwellenspannung des Transistors T6, εο wird dieser nicht-leitend. Da der Transistor Τβ ausgangsseitig im Gegensatz zu den Kondensatoren C1 und C2 keine große Kapazität enthältj ändert sich die Ausgangsspannung am Verbindungspunkt c zwischen den Ausgangselektroden der Transistoren T5 und Τδ gemäß Fig, 2c rasch. Wird daher in einer Zeitperiode t4 die Ausgnngsspannung des Transistors T5 am Verbindungspunkt c in ihrem Absolutwert größer als die Schwellenspannung des Transistors T2, so wird dieser leitend.

Wird ferner die Ausgangsspannung des Transistors T2 ara Punkt a in einer Zeitperiode t5 kleiner als die Schwellenspannung des Transistors T4, so wird dieser nicht-leitend. Dabei ändert der Transistor To seinen Leitungszustand nicht. Übersteigt nun in einer Zeitperiode t5 die Ausgangsspannung des Transistors T4 am Verbindungspunkt b die Schwellenspannung des Transistors T6, so wird der Transistor T6.leitend, und die Ausgangsspannung am Punkt c ändert sich sofort auf Erdpotential. Sinkt die Ausgangsspannung des Transistors T6 in einer Zeitperiode t7 unter die Schwellenspannung des Transistors T2, so wird dieser wieder nicht-leitend, und die Spannung an Punkt a nimmt allmählich zu. Die vorstehend genannten. Vorgänge wiederholen sich periodisch.

Der dritte Inverter 13 gibt somit ausgangseeitig an die Ausgangsklemme To das in FIg. 2c gezeigte Signal als Ausgangssignal des Impulsgenerators ab.

Bei dem obigen Schaltungsaufbau sind die beiden Kondensatoren C1 und C2 jeweils mit einer Seite geerdet, so daß bei Ausführung des Impulsgenerators in integrierter Schaltungstechnik nur zwei zusätzliche Anschlüsse zur Verbindung mit den Kondensatoren CI und C2, die externe Schaltungselemente bilden, erforderlich sind. Die Erdanschlüsse der Kondensatoren können mit denen der Schaltung gemeinsam benützt werden.

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Zur Änderung des Tastverhältnisses oder der Periode werden die Kapazitäten der beiden Kondensatoren geändert.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die vorliegende Erfindung auf einen Taktimpulsgenerator zur Erzeugung der■Taktsignale 01 und 02 eines elektronischen Tischrechners angewandt ist. In Fig. 3 ist mit PG der erfindungsgemäße Impulsgenerator und mit PS ein Koinzidenzsieb bezeichnet. Im vorliegenden Fall bildet das Koinzidenzsieb PS eine bekannte Schaltung dieser Art, die aus sechs NuR Gattern NOR 1 bis NOR 6 aufgebaut ist. Dabei sind die Gatter NOR 1 und NOR 2 sowie die Gatter NOR 5 und NOR 6 jeweils zu R-S-Flip-Flops zusammengeschaltet, während die Gatter NOR 3 und NOR 4 zu einem R-S-Flip-Flop und einem ODER-Gatter zusammengeschaltet sind.

Die Arbeitsweise des Taktimpulsgenerators soll anhand von Fig.4c bis 4i erläutert werden.

Es sei zunächst angenommen, daß der Impulsgenerator PG ein Ausgangssignal c abgibt. Ferner sei angenommen, daß im ursprünglichen Zustand das Ausgangssigna1 d des Gatters NOR gleich "O^ir ist, das Aus gangs signal e des Gatters NOR 2 gleich ⁿ1", das Ausgangssignal f des Gatters NOR 3 gleich "0" und. das Ausgangssignal g des Gatters NOR 6 gleich "1".

Bleibt in diesem Zustand das Ausgangssignal c des Impulsgenerators während einer Zeitperiode t11 auf "0", so ändern die Jeweiligen NOR-Gatter ihre Zustände nicht. D.h., das Aus gangs signal d des Gatters NOR 1 bleibt auf ¹¹O", das Ausgangssignal e des Gatters NOR 2 auf "1", das Ausgangssignal f des Gatters NOR 3 auf "0", das Ausgangs signal h des Gatters NOR 4 ist gleich "0", das Ausgangs signal i des Gatters MOR gleich "0", und das Ausgangssignal g des Gatters HOR 6 bleibt auf "1".

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Ändert sich anschließend für eine Zeitperiode t12 das Ausgangssignal c des Impulsgenerators PG von "0" auf "1", so ändert sich das Ausgangssignal e des Gatters NOR 2 auf "0". Infolgedessen werden beide Eingänge des Gatters NOR 1 zu "0", und das Ausgangssignal d des Gatters NOR 1 ändert sich auf "1". Die Ausgänge der übrigen NOR-Gatter ändern sich nicht.

Ändert sich dann für eine Zeitperiode t 13 das *Ausgangssignal c des Impulsgenerators PG von "1" wieder auf "0", so ändert sich das Ausgangssignal f des Gatters NOR 3 auf"1", da sämtliche Eingänge dieses Gatters gleich "0" sind. Infolgedessen ändert sich das Ausgangssignal g des Gatters NOR 6 auf "0", und das Ausgangssignal i des Gatters NOR 5 verändert sich von "0" zu "1".

Ändert sich anschließend für eine Zeitperiode t 14 das Ausgangssignal c des Impulsgenerators PG von "0" wieder zu "1", so ändert sich das Ausgangssignal f des Gatters NOR 3 zu "0". Aus diesem Grund ändert sich das·Ausgangssignal h des Gatters NOR 4 von "0" auf "1", und das Ausgangssignal d des Gatters NOR 1 wird zu "0". ' -

Wird nun in einer Zeitperiode t15 das Ausgangssignal c des Impulsgenerators PG wiederum von "1^I! auf "0" geändert, so ändert sich das Ausgangssignal e des Gatters NOR 2. von "0" auf "1". Infolgedessen ändert sich das Ausgangssignal i des Gatters NOR 5 von "1" auf "0", das Ausgangssignal g des Gatters NOR 6 von "0" auf "1" und das Ausgangssignal h des Gatters NOR 4 von "1" auf "0". Das bedeutet, daß die Arbeitsweise der Schaltung in der Zeitperiode t 15 genau dieselbe ist wie in der Zeitperiode t 11.

Danach wiederholen sich die genannten Vorgänge periodisch. Die Ausgangssignale gemäß Fig. 4e und Fig. 4f verden als zweiphasige Taktimpulse 01 und 02 mit voneinander verschiedener

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Phase abgenommen.

In dem obigen Ausführungsbeispiel liegt der erste Kondensator C1 zwischen dem Eingang des zweiten Inverters 12 und Erde; vie in Fig. 5 gezeigt, kann der Kondensator C1 jedoch auch zwischen dem Eingang und dem Ausgang des zweiten Inverters 12 liegen. In diesem Fall bilden der zweite Inverter 12 und der erste Kondensator C1 einen Miller-Integrator. Bei einen derartigen Aufbau läßt sich die Anzahl der externen Anschlüsse ebenfalls verringern.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 werden als Last jeweils MOSFETs verwendet; stattdessen können auch gewöhnliche Widerstände eingesetzt werden.

Die Polarität der Versorgungsquelle beschränkt sich nicht auf die in dem obigen Ausführungsbeispiel beschriebene; sie kann auch umgekehrt sein. Ferner sind die beiden Kondensatoren C1 und C2 in dem Beispiel nach Fig..1 auf eine Seite geerdet; jedoch kann auch ein anderes Bezugspotential gewählt werden.

Wenn auch in dem obigen Ausführungsbeispiel drei Inverter in Kaskade geschaltet sind, kann die Zahl der Inverter erhöht werden, solange eine ungerade Anzahl von Invertern verwendet wird.

Wie oben dargelegt, ist bei dem erfindungsgemäßen Impulsgenerator eine Seite jedes Kondensators mit dem Bezugspotential verbunden, so daß die Anzahl der Anschlüsse zur externen Verbindung der Kondensatoren bei einer integrierten Schaltung höchstens zwei wird, während nach dem Stand der Technik vier erforderlich sind. Damit wird es leichter, den Impulsgenerator in Form einer integrierten Schaltung auszuführen.

Wird die vorliegende Erfindung beispielsweise bei einem elek-

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trono-schen Tischrechner angewandt, so kann die Anzahl der Anschlüsse selbst dann auf ein Minimum beschränkt werden, wenn der Impulsgenerator zusammen mit einer arithmetischen Schaltung, einer Steuerschaltung und dergleichen auf einem einzelnen Plättchen enthalten ist. Die Herstellung der Schaltungen auf einem einzelnen Plättchen v/ird somit erleichtert.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die beiden Kondensatoren extern vorgesehen; sie können jedoch auch in die integrierte Schaltung eingebaut wrerden, indem die Widerstände der Feldeffekttransistoren T1 und T3 eingestellt werden. In diesem Fall können auch die Gate-Kapazitäten der Feldeffekttransistoren Τ4 und T6 benützt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Impulsgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Inverter (H, 12,13) zu einem geschlossenen Kreis in Kaskade geschaltet sind, daß zwischen einem Eingang (a) des zweiten Inverters (12) und einem Bezugspotential ein erster Kondensator (C1) und zwischen einem Eingang (b) des dritten Inverters (13) und dem Bezugspotential ein zweiter Kondensator (C2) liegt, wobei am Ausgang (c) des dritten Inverters (13) ein Ausgangssignal ableitbar ist. .

2. Impulsgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Inverter (H, 12, 13) zu einem geschlossenen Kreis in Kaskade geschaltet sind, daß zwischen Eingang und Ausgang des zweiten Inverters (12) ein erster Kondensator (C1) und zwischen einem Eingang des dritten Inverters (13) und einem Bezugspotential ein zweiter Kondensator (C2) liegt, wobei am Ausgang des dritten Inverters (13) ein Aus gangs signal ableitbar ist.

3. Verwendung des Inverters nach Anspruch 1 oder 2 zur Erzeugung von Taktimpuls en,, insbesondere für einen elektronischen Tischrechner.

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