DE2364185C3

DE2364185C3 - Voltage comparison circuit

Info

Publication number: DE2364185C3
Application number: DE19732364185
Authority: DE
Inventors: Adel Abdel Aziz Annandale NJ. Ahmed (V.StA.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1973-01-02
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1977-01-20

Description

bistabilen Schaltung gleichzeitig zugeführten Einstell-_Und Rückstellsignale nicht zur Folge haben, daß die Ausgangssignale der bistabilen Schaltung auf irgendeinem Wert zwischen den beiden Pegeln, weiche den stabilen Zuständen zugeordnet sind, hängen bleiben. Die Vergleichsschaltung darf nicht die Möglichkeit zulassen, daß die bistabile Schaltung hängen bleibt, wenn die Einstell- und Rückstellsignale gleichzeitig zugeführt werden (mit Hängenbleiben ist ein Zustand gemeint, in dem die bistabile Schaltung in einem seiner stabilen Zustände festliegt und dann auf Einstell- und Rückstellsignale nicht mehr reagiert). Die Voraussehbarkeit des Ausgangssignals des !Comparators beim Durchlaufen der Totzone soll von einer Fehlprogrammierung unbeeinflußt bleiben.bistable circuit simultaneously supplied adjustment _nd reset signals do not have the result that the output signals of the bistable circuit on any value between the two levels, the soft stable states are assigned to hang. The comparison circuit must not allow the possibility of the bistable circuit getting stuck if the setting and reset signals are supplied at the same time no longer responds). The predictability of the comparator's output signal when passing through the dead zone should not be influenced by programming errors.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Vergleichsschaltung zu schaffen, bei welcher unnormale Betriebszustände infolge von Bedienungsfehlern oder Änderungen der Schaltungsparameter nicht auftreten. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object of the invention is to create a comparison circuit in which abnormal operating conditions as a result of operating errors or changes in the circuit parameters do not occur. This object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Hier schafft die Erfindung eine Verbesserung, indem sie auch in solchen Fällen mangelnder Eindeutigkeit der Komparatorausgangssignale unerwünschte Betriebszustände der bistabilen Schaltung vermeidet. Dies wrd durch die Zusammenfassung der beiden Komparatorausgangssignale auf einer einzigen Leitung und anschließende Wiederaufspaltung in die beiden Steuersienale für die bistabile Schaltung erreicht. Infolge dieser erfindungsgemäßen Maßnahmen kann die bistabile Schaltung nur eingestellt oder rückgestellt werden oder ihren letzten Zustand beibehalten, jedoch nicht in einem Undefinierten Zwischenzustand hängen bleiben, wie dies bei gleichzeitiger Zuführung zweier Umschaltsignale an den beiden Eingängen einer bistabilen Schaltung auftreten kann.Here the invention creates an improvement in that it also provides a lack of clarity in such cases the comparator output signals avoid undesired operating states of the bistable circuit. this wrd by combining the two comparator output signals on a single line and then split up into the two control rooms reached for the bistable circuit. As a result of these measures according to the invention, the bistable Circuit can only be set or reset or retained in its last state, but not in remain in an undefined intermediate state, as is the case with the simultaneous supply of two switchover signals can occur at the two inputs of a bistable circuit.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung liegt in der Ausschaltung des Problems einer teilweisen Auswirkung von Einstell- und Rückstellsignalen, die nicht genügend groß sind, um die bistabile Schaltung vollständig umzuschalten, auf die Komparatorausgangssignale. Ein Spannungskomparator überwacht den Zustand der bistabilen Schaltung und liefert Ausgangssignale, in denen nur dann Übergänge auftreten, wenn die bistabile Schaltung eindeutig ihrem Zustand ändert.Another aspect of the invention is to eliminate the problem of partial impact of setting and reset signals that are not large enough to complete the bistable circuit to switch to the comparator output signals. A voltage comparator monitors the state of the bistable circuit and provides output signals in which transitions only occur when the bistable Circuit clearly changes its state.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Schaltung eines Komparator«; näher erläutert.The invention is described below with reference to the circuit of a comparator «; explained in more detail.

Die Eingänge Γι und T2 können an den positiven bzw. negativen Pol einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen werden. Die mit den Anschlüssen Ti und Ti verbundenen Sammelleitungen werden als B+ bzw. B- Leitung bezeichnet. Die den Anschlüssen Γι und Γ2 zugeführten Potentiale sind 5+ bzw. B-. Den Anschlüssen Ti und Γι können ein hohes bzw. ein niedriges Bezugspotential zugeführt werden, welche zwisehen den Potentialen B+ und B- liegen. Das hohe Bezugspotential wird normalerweise so gewählt, daß es positiver als das niedrige Biv.igspotential ist. Das mit dem hohen und dem niedrig-" Bezugspotential /u vergleichende SiKnalpotenti.il « 1 dem Anschluß 7. /ugeführt. The inputs Γι and T2 can be connected to the positive or negative pole of an operating voltage source. The collecting lines connected to the connections Ti and Ti are referred to as B + and B- lines . The potentials supplied to terminals Γι and Γ2 are 5+ and B-. A high and a low reference potential, which lie between the potentials B + and B- , can be fed to the connections Ti and Γι. The high reference potential is normally chosen so that it is more positive than the low Biv.igspotential. The signal potential, which compares with the high and the low reference potential / u, is routed to terminal 7. /.

Em Anschluß Tt, ist tit e·· l ·οη äußeren (nicht dargestellten) Widerstand di i/ne Potentialquelle ange schlossen, die ein positivere Potential als B- liefert. Der Wert dieses äußeren Widerstandes ist so gewählt. daß er die Größe des S'romMusses durch die Teile der Komparatorschaltung bestin-.:nt. wie im folgenden noch „riäntPH wird Fin Anschluß Γ' dient als Stromsenke für den Anschluß T2 für den einen der beiden Ausgangszustände der Komparatorschaltung und kann beispielsweise an die Gateelektrode eines gesteuerten SiIiziumschalters angeschlossen werden (der ebenfalls nicht dargestellt ist). Ein Anschluß Ta ist an einen gleichfalls nicht dargestellten äußeren Widerstand angeschlossen, der an eine Potentialquelle geführt ist, die ein positiveres Potential als B— liefert, und bestimmt die Strommenge, welche vom Anschluß Tr aufgenommen werden kann, wie ebenfalls noch erläutert wird.Em terminal Tt is closed tit e l · ·· οη external resistance di i (not shown) / ne potential source is, which provides a more positive potential than B-. The value of this external resistance is chosen in this way. that it determines the size of the flow must through the parts of the comparator circuit. As in the following, terminal serves as a current sink for terminal T2 for one of the two output states of the comparator circuit and can for example be connected to the gate electrode of a controlled silicon switch (which is also not shown). A terminal Ta is connected to an external resistor, also not shown, which is connected to a potential source which supplies a more positive potential than B- and determines the amount of current which can be drawn from terminal Tr , as will also be explained below.

Ein erster und ein zweiter Spannungskomparator 10, 20 werden zum Vergleich des Eingangssignals mit dem hohen Bezugspotential bzw. dem niedrigen Bezugspotential verwendet Der Spannungskomparator 10 umfaßt hauptsächlich einen emittergekoppelten Differenzverstärker mit npn-Transistoren 11 und 12. Das hohe Bezugspotential und die Eingangssignale werden den Basen der Transistoren 11 bzw. 12 über in Kollektorgrundschaltung betriebene Verstärkertransistoren 13 bzw. 14 zugeführt. Die Betriebsströme der Transistoren 11 und 12 werden durch den Kollektorstrom des npn-Transistors 15 bestimmt. Ein »Stromspiegelverstärker« 16 mit einem als Diode geschalteten pnp-Transistor 17 und einem pnp-Transistor 18 bildet die aktive Kollektorlast für die Komparatortransistoren 11 und 12.A first and a second voltage comparator 10, 20 are used to compare the input signal with the high reference potential or the low reference potential used. The voltage comparator 10 includes mainly an emitter-coupled differential amplifier with npn transistors 11 and 12. The high The reference potential and the input signals are connected to the bases of the transistors 11 and 12 in a basic collector circuit operated amplifier transistors 13 and 14 respectively supplied. The operating currents of the transistors 11 and 12 are determined by the collector current of the npn transistor 15. A "current mirror amplifier" 16 with a pnp transistor 17 connected as a diode and a pnp transistor 18 forms the active collector load for the comparator transistors 11 and 12.

Wenn das Eingangssignal am Anschluß Ti positiver als das hohe Bezugspegelpotential am Anschluß Ti wird, dann wird das Potential an den zusammengeschalteten Kollektoren der Transistoren 12 und 18 weniger positiv. Es fällt so weit, bis es durch die in Reihe geschalteten Dioden 31 und 32 auf ein Potential 2Vbe geklemmt wird, das weniger positiv als das Potential B+ ist. (Vbi ist der Spannungsabfall am im Durchlaß betriebenen Basis-Emitter-Übergang eines Transistors bzw. im Falle der vorliegend beschriebenen Ausführungsform an einer integrierten Diode.) Diese Klemmwirkung verhindert eine Sättigung des Transistors 12.When the input signal at terminal Ti becomes more positive than the high reference level potential at terminal Ti , then the potential at the collectors of transistors 12 and 18 connected together becomes less positive. It falls until it is clamped by the series-connected diodes 31 and 32 to a potential 2Vbe, which is less positive than the potential B + . (Vbi is the voltage drop at the base-emitter junction of a transistor, which is operated in the on-state, or, in the case of the embodiment described here, on an integrated diode.) This clamping effect prevents the transistor 12 from becoming saturated.

Der Aufbau des Spannungskomparators 20 entspricht dem des Spannungskomparators 10 mit der Ausnahme, daß pnp-Transistoren statt npn-Transistoren, und umgekehrt, verwendet sind. Die Komponenten 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 und 28 sind Gegenstücke zu den Komponenten 11,12,13,14,15,16,17 und 18. Wenn das Eingangssignal am Anschluß Ts negativer als das niedrige Bezugspotential am Anschluß 7*4 wird, dann wird das Potential an den zusammengeschalteten Kollektoren der Transistoren 22 und 28 positiver und steigt um den Betrag 1 Vbe über das Potential B-. Der Basis-Emitter-Übergang des Transistors 33 klemmt das Potential an den zusammengeschalteten Kollektoren der Transistoren 22 und 28 auf dieses Potential und verhindert eine Sättigung des Transistors 22.The structure of the voltage comparator 20 corresponds to that of the voltage comparator 10 with FIG Exception that pnp transistors are used instead of npn transistors and vice versa. The components 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 and 28 are counterparts to components 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 and 18. If that Input signal at terminal Ts more negative than the low one Reference potential at connection 7 * 4, then the potential at the collectors connected together of transistors 22 and 28 more positive and increases by the amount 1 Vbe above potential B-. The base-emitter junction of the transistor 33 clamps the potential at the interconnected collectors of the Transistors 22 and 28 to this potential and prevents saturation of transistor 22.

Der Spannungskomparator 10 liefert ein negativ gerichtetes Signal an die Basis des in Emittergrundschaltung betriebenen Verstärkertransistors 34 und spannt diesen so vor, daß seine Emiiter-Kollektor-Strecke stärker leitet, wenn das Eingangssignal positiver als das hohe Bezugspotential ist. Der Spanmingskomparator 20 liefert ein positiv gerichtetes Signa! an die Basis des in Emittergrundschaltung betriebenen Verstärkertransistors 33 und spannt diesen so vor. daß seine Emitter-Kollektor-Strecke stärker leitet, went das Eingangssignal am Anschluß Ti negativer als das niedrige Bezugspotential am Anschluß T* ist Die Kollektoren der Transistoren 33 und 34 sind zusammrngeführt und an eine einzige Steuerleitung 35 angeschlossen.The voltage comparator 10 supplies a negatively directed signal to the base of the amplifier transistor 34, which is operated in the basic emitter circuit, and biases it so that its emitter-collector path conducts more strongly when the input signal is more positive than the high reference potential. The Spanming comparator 20 delivers a positively directed signal! to the base of the amplifier transistor 33 operated in the basic emitter circuit and thus biases it. that its emitter-collector path conducts more strongly, the input signal at connection Ti is more negative than the low reference potential at connection T * .

Wenn der Transistor 33 leitet und der Transistor nicht leitet, dann wird ein Einstellsignal über die Lei-When the transistor 33 conducts and the transistor does not conduct, then a setting signal is sent over the

tung 35 an die bistabile Schaltung 40 geliefert. Wenn andererseits der Transistor 34 leitet und der Transistor 33 gesperrt ist, dann wird ein Rückstellsignal über die Leitung 35 an die bistabile Schaltung 40 geliefert. Das heißi, daß bei einer normalen Programmierung des Komparators, wenn das Eingangssignal am Anschluß 75 positiver als das hohe Bezugspegelpotential ist, der bistabilen Schaltung 40 das Rückstellsignal zugeführt wird, und wenn das Eingangssignal negativer als der niedrige Bezugspegel ist, wird der bistabilen Schaltung 40 ein Einstellsignal zugeführt.device 35 is supplied to the bistable circuit 40. On the other hand, if the transistor 34 conducts and the transistor 33 is blocked, then a reset signal is supplied to the bistable circuit 40 via the line 35. The This means that with normal programming of the comparator, if the input signal is at the connection 75 is more positive than the high reference level potential that bistable circuit 40 is fed the reset signal, and if the input signal is more negative than the If the reference level is low, the bistable circuit 40 is supplied with a setting signal.

Wenn das hohe Bezugspegelpotential fälschlicherweise so eingestellt ist. daß es weniger positiv als das niedrige Bezugspotential ist, dann werden sowohl Einstell· als Rückstellsignalströme der einzigen Leitung 35 zugeführt. Das sich daraus ergebende Signal, das durch Summierung der Kollektorströmc der Transistoren 33 und 34 in der Leitung 35 entsteht, kann nur sein: negativ, so daß die bistabile Schaltung 40 eingestellt wird, positiv, so daß die bistabile Schaltung 40 zurückgestellt wird, oder den Wert Null haben, so daß der Zustand der bistabilen Schaltung 40 unbeeinflußt bleibt. Es besteht somit keine Möglichkeit, daß Einstell- und Rückstellsignale gleichzeitig der bistabilen Schaltung 40 zugeführt werden und auf diese einwirken würden. Die bistabile Schaltung 40 wird infolge ihrer eigenen positiven Rückkopplung oder infolge des Klemmens einer der Basen ihrer Transistoren 41 und 42 immer in einen ihrer stabilen Zustände gebracht. Es besteht keine Möglichkeit, daß gleichzeitig analoge Einstell- und Rückstellsignale die bistabile Schaltung 40 derart vorspannen könnten, daß beide Transistoren 41 und 42 gleichzeitig kontinuierlich leiten.If the high reference level potential mistakenly so set. that it is less positive than the low reference potential, then both setting supplied as reset signal currents to the single line 35. The resulting signal that passes through The summation of the collector currents of the transistors 33 and 34 in the line 35 can only be: negative, so that the bistable circuit 40 is set positive, so that the bistable circuit 40 is reset , or have the value zero, so that the state of the bistable circuit 40 remains unaffected. It exists thus there is no possibility that setting and reset signals are fed to the bistable circuit 40 at the same time and would act on them. The bistable circuit 40 becomes positive as a result of its own Feedback or as a result of clamping one of the bases of their transistors 41 and 42 always into one brought to their stable states. There is no possibility that analog setting and Reset signals could bias the bistable circuit 40 such that both transistors 41 and 42 at the same time continuously lead.

Wenn das Eingangssignal am Anschluß Tb zwischen den Bezugspegeln liegt, dann heben sich Einstell- und Rückstellsignalströme weitgehend gegenseitig auf, so daß der resultierende Strom nicht mehr ausreicht, um den Zustand der bistabilen Schaltung 40 zu ändern.If the input signal at the terminal Tb lies between the reference levels, then the setting and reset signal currents largely cancel one another out, so that the resulting current is no longer sufficient to change the state of the bistable circuit 40.

Liegt das Eingangssignal am Anschluß Ts wesentlich unterhalb des niedrigen Bezugspegels, dann begrenzt ein pnp-Stromquellentransistor 39 den Emitterstrom im Verstärkertransistor 34 und begrenzt damit auch die Größe des Rückstellsignalstromes, welchen dessen Kollektor liefern kann. Wenn das Potential des Eingangssignals am Anschluß Tb stärker negativ als der niedrige Bezugspegel ist. dann kann der vom Kollektor des Transistors 33 gelieferte Einstellsignalstrom gegenüber dem Rückstellsignal vorherrschenden und den Zustand der bistabilen Schaltung 40 korrigieren. Während eine Fehlprogrammierung also die Grenzen der Totzone einander näher bringt, so daß die Totzone nicht mehr die programmierte Größe hat, so wird die Totzone aber dennoch nicht eliminiert. Die bistabile Schaltung wird vielmehr noch zwischen ihrem Einstell- und Rückstellzustand hin- und hergeschaltet, wenn das Eingangssignal am Anschluß Ti den am Anschluß Ta liegenden niedrigen Bezugspegel überschreitet.If the input signal at the terminal Ts is significantly below the low reference level, then a pnp current source transistor 39 limits the emitter current in the amplifier transistor 34 and thus also limits the magnitude of the reset signal current which its collector can deliver. When the potential of the input signal at the terminal Tb is more negative than the low reference level. then the setting signal current supplied by the collector of transistor 33 can prevail compared to the reset signal and correct the state of bistable circuit 40. While incorrect programming brings the limits of the dead zone closer to one another so that the dead zone no longer has the programmed size, the dead zone is nevertheless not eliminated. Rather, the bistable circuit is switched back and forth between its set and reset state when the input signal at connection Ti exceeds the low reference level at connection Ta.

Die bistabile Schaltung 40 enthält Transistoren 41 und 42, deren Kollektoren und Basen über Kreuz gekoppelt sind. Die Emitter sind zusammengeschaltet und über die in Reihe geschalteten Dioden 43 und 44 an die Leitung B- geführt. Der Emitterstrom bei einem leitenden Transistor 41. 42 hält einen Spannungsabfall von + 2 Vbf an den Dioden 43 und 44 aufrecht. Die npn-Transistoren 41 und 42 sind mit einer akti/en Kollektorlast dargestellt, welche durch die Konstantstrompnp-Transistoren 45 und 46 gebildet wird.The bistable circuit 40 includes transistors 41 and 42, the collectors and bases of which are cross-coupled. The emitters are connected together and led to line B- via series-connected diodes 43 and 44. The emitter current in the case of a conducting transistor 41, 42 maintains a voltage drop of + 2 Vbf across diodes 43 and 44. The npn transistors 41 and 42 are shown with an active collector load, which is formed by the constant current np transistors 45 and 46.

Die aus den Elementen 36. 37 und 38 bestehende Schaltung ist von besonderem Interesse. Sie sorgt für eine gegenseitige Trennung der Einstell- und Rückstellsignale durch eine Umkehr der Rückstellsignale, welche den Basen der Transistoren 41 bzw. 42 der bistabilen Schaltung 40 zugeführt werden.The one consisting of elements 36, 37 and 38 Circuit is of particular interest. It ensures a mutual separation of the setting and reset signals by reversing the reset signals which are the bases of the transistors 41 and 42 of the bistable Circuit 40 are supplied.

Der negative Einstellsignalstrom, welcher der Leitung 35 zugeführt wird, wenn der Transistor 33 (aber nicht der Transistor 34) leitet, spannt den Basis-Emitter-Übergang des η Kollektorgrundschaltung betriebenen Verstärkertransistors 36 (ein pnp-Transistor) und die Diode 37 in Djrchlaßrichtung vor und gelangt auf diese Weise zur B.isis des Transistors 41. Hat der Einstellsignalstrom ehe genügend große Amplitude, dann klemmt er dir Basis des Transistors 41 unter Berücksichtigung des Duichlaßspannungsabfalls 2 Vbi (an der Diode 37 und am Basis-Emitter-Übergang des Transi stors 36) auf das Potential B-. Da der Emitter des Transistors 41 gegenüber dem Potential B- das Potential f 2 Vbf aufweist, ist sein Basis-Emitter-Übergang in Sperrichtung vo -gespannt. Der Transistor 41 wird im gesperrten Zustand gehalten oder in diesen gebracht. Die bistabile Schaltung 40 befindet sich dann in ihrem Einstellzustand oder wird in diesen gebracht.The negative setting signal current, which is fed to the line 35 when the transistor 33 (but not the transistor 34) conducts, biases the base-emitter junction of the amplifier transistor 36 (a pnp transistor) operated by a common collector circuit and the diode 37 in the forward direction and in this way arrives at the B.isis of the transistor 41. If the setting signal current has sufficiently large amplitude before, then it clamps you base of the transistor 41, taking into account the Duichlaßspannungsabfall 2 Vbi (at the diode 37 and at the base-emitter junction of the Transi stors 36) to the potential B-. Since the emitter of the transistor 41 has the potential f 2 Vbf with respect to the potential B- , its base-emitter junction is biased in the reverse direction vo. The transistor 41 is held in the blocked state or brought into this. The bistable circuit 40 is then in its setting state or is brought into this.

Der negative Einstellsignalstrom spannt den Basis-Emitter-Übergang des in Emittergrundschaltung betriebenen Verstärkertransistors 38 (ein npn Transistor) nicht in Durchlaßrichtung vor. Der Transistor 38 ist daher bei Zuführung eines Einstellsignalstromes zur Leitung 35 nichtleitend und hat keine Wirkung auf die bistabile Schaltung 40.The negative setting signal current stresses the base-emitter junction of the amplifier transistor 38 operated in the emitter basic circuit (an npn transistor) not forward in the forward direction. The transistor 38 is therefore when a setting signal current is supplied to the line 35 is non-conductive and has no effect on the bistable circuit 40.

Ein positiver Rückstellsignalstrom, welcher bei leitendem Transistor 341 (aber gesperrten Transistor 33) der Leitung 35 zugeführt wird, spannt den Basis-Emitter-Übergang des rpn-Transistors 38 in Durchlaßrichtung vor und bring diesen Transistor zum Leiten. Der Transistor 38 klemnt dann die Basis des Transistors 42 auf das Potential -1 2 Vb: am Emitter des Transistors 42. Wird dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors 42 keine Durchlaßspannung zugeführt, dann bleibt er gesperrt. Die bistabile Schaltung 40 befindet sich dann in ihrem Rückstellzustand (oder wird in diesen gebracht). A positive reset signal current, which is fed to line 35 when transistor 341 is conducting (but transistor 33 is blocked), biases the base-emitter junction of rpn transistor 38 in the forward direction and causes this transistor to conduct. The transistor 38 then clamps the base of the transistor 42 to the potential -1 2 Vb: at the emitter of the transistor 42. If the base-emitter junction of the transistor 42 is not supplied with a forward voltage, it remains blocked. The bistable circuit 40 is then in its reset state (or is brought into this).

Der positive Rückstellsignalstrom spannt den Basis-Emitier-Übergang des pnp-Transistors 36 nicht in Durchlaßrichtung ν )r. Der Transistor 36 und die Diode 37 sind daher bei Zjführung eines Rückstellsignals zur Leitung 35 gesperr, so daß keine Auswirkung auf die bistabile Schaltung <50 eintritt.The positive reset signal current tensions the base-emit transition of the pnp transistor 36 not in the forward direction ν) r. The transistor 36 and the diode 37 are therefore blocked when a reset signal is sent to line 35 so that there is no effect on the bistable circuit <50 occurs.

Die bistabile Schaltung 40 zeichnet sich durch eine positive Rückkopplung während des Umschaltens zwischen ihren stabilen Zuständen aus. die durch Zuführung von Einstell- i.nd Rückstellsignalen bewirkt wird, so daß dieses Umscnalten beschleunigt wird. Diese positive Rückkopplung erfolgt durch die Kreuzkopplung zwischen den Kollektoren und Basen der Transistoren 41 urd 42. Ein solches Verhalten bistabiler Schaltungen ist ir der Technik allgemein bekannt.The bistable circuit 40 features positive feedback during switching between their stable states. which is caused by the supply of setting and reset signals, so that this switching is accelerated. This positive Feedback occurs through the cross coupling between the collectors and bases of the transistors 41 and 42. Such behavior of bistable circuits is well known in the art.

Die Diode 37 verhindert, daß der Kollektor-Basis-Übergang des Transistors 42 während des Zuführens eines Einstellsignals zur bistabilen Schaltung 40 in Durchlaßrichtung gespannt wird, so daß die unerwünschte Erscheinung vermieden wird, daß zufällige Rückstellsignale gleichzeitig der bistabilen Schaltung zugeführt werden. Die Diode 37 kann auch durch einen geeignet bemessenen Widerstand ersetzt werden.The diode 37 prevents the collector-base junction of transistor 42 while a setting signal is being supplied to bistable circuit 40 in FIG Forward direction is tensioned, so that the undesirable Phenomenon is avoided that random reset signals simultaneously the bistable circuit are fed. The diode 37 can also be replaced by a suitably sized resistor.

Dn; maximale Amplitude des Einstellstromes, welcher vom Kollektor des Transistors 33 geliefert wird, ist durch den verfügbaren Kollektorstrom des Transi-Dn; maximum amplitude of the setting current which is supplied by the collector of transistor 33, is determined by the available collector current of the

stors 36 abzüglich des Kolleklorstroms des Transistors 33 begrenzt, der während des Einsiellzustandes leitet.stors 36 minus the collector current of the transistor 33, which conducts during the one-off state.

Es sei nun auf ein Problem eingegangen, das auftritt, wenn die der bistabilen Schaltung 40 zugeführten Einstell- und Rückstellsignale keine steilen Flanken haben. Ein langsam ansteigendes Einstell- oder Rückstellsignal kann eine leichte Veränderung der Ausgangssignalpotentiale an den Kollektoren der Transisoren 41 und 42 zur Folge haben, ohne jedoch den Zustand der bistabilen Schaltung 40 umzuschalten. Ein solches Verhalten ist unerwünscht, da die Reaktion im Ausgangssignal der bistabilen Schaltung auf das Einstell- oder Rückstellsignal am Anschluß Ti auftritt. Wenn die Steuerelektrode eines Schalterelemenies. wie etwa eines gesteuerten Siliziumgleiehriehters. an den Anschluß Ti angeschlossen ist, dann könnte dieses Schalterelement fehlerhafterweise durch dieses übertragene Einstell- oder Rückstellsignal umgeschaltet werden.Let us now address a problem that occurs when the setting and reset signals fed to the bistable circuit 40 do not have steep edges. A slowly rising setting or reset signal can result in a slight change in the output signal potentials at the collectors of the transistors 41 and 42, but without switching the state of the bistable circuit 40. Such behavior is undesirable since the reaction occurs in the output signal of the bistable circuit to the setting or reset signal at the connection Ti . When the control electrode of a switch element. such as a controlled silicon leveler. is connected to the connection Ti , then this switch element could erroneously be switched over by this transmitted setting or reset signal.

Zur Beseitigung dieses Problems werden die Ausgangssignalpotentiale an den Kollektoren der Transistören 41 und 42 einem Spannungskomparator 50 zugeführt, welcher der Kurvenformung dient. Im einzelnen stehen die Ausgangspotentiale der bistabilen Schaltung 40 an den Kollektoren der Transistoren 41 und 42 im Gegentakt zur Verfügung und werden den Basen der Transistoren 51 bzw. 52 zugeführt. Diese Transistoren 51 und 52 sind als emittergekoppelter Differenzverstärker geschaket. Die zusammengeschalteten Emitter der Transistoren 51 und 52 führen einen konstanten Strom, der als Kollektorstrom im npn-Transistor 53 fließt. Ein Stromspiegelverstärker 54 mit einem als Diode geschalteten pnp-Transistor 55 und einem pnp-Transistor 5b bildet die aktive Koilektorlast für die Transistoren 51 und 52.To eliminate this problem, the output signal potentials fed to a voltage comparator 50 at the collectors of the transistors 41 and 42, which is used to shape the curve. The output potentials of the bistable circuit are detailed 40 available at the collectors of the transistors 41 and 42 in push-pull and become the bases of the Transistors 51 and 52 respectively supplied. These transistors 51 and 52 are emitter-coupled differential amplifiers shackled. The interconnected emitters of transistors 51 and 52 carry a constant current, which flows as a collector current in the npn transistor 53. A current mirror amplifier 54 with one connected as a diode pnp transistor 55 and a pnp transistor 5b forms the active coil load for the transistors 51 and 52.

1st das der Basis des Transistors 52 zugeftihrte Signalpotentia! positiver als das der Basis des 1 runsistorsIf the signal potential applied to the base of transistor 52! more positive than that of the base of the 1 runsistor

51 zugeführte, dann wird das Potential an den zusammengeschalteten Kollektoren der Transistoren 52 und 56 stärker negativ. Es kann jedoch wegen der Klemmwirkung der beiden in Reihe geschalteten Dioden 57 und 58 nicht stärker negativ als 2 Vbe als das Potential ß-t- werden. Dadurch wird ein Sättigen des Transistors51 supplied, then the potential is applied to the interconnected Collectors of transistors 52 and 56 more negative. However, it can because of the clamping effect of the two series-connected diodes 57 and 58 not more negative than 2 Vbe than the potential ß-t- become. This will saturate the transistor

52 verhindert.52 prevented.

Für den Fall, daß die Transistoren 41 und 42 der bistabilen Schaltung Siliziumtransistoren sind und in Emiuergrundscruiltung Durchlaßstromverstärkungen im Bereich von 20 bis 1000 haben (ein Bereich, der praktisch sämtliche npn-Transistoren. die in integrierter Schaltung auf einem p-leitenden Substrat hergestellt sind, einschließt) haben Berechnungen und Messtangen gezeigt, daß die bistabile Schaltung 40 einen einmal eingeleiteten Umschaltvorgang zwischen ihren beiden Zuständen immer vollendet, wenn die Spannungsdifferenz an den Basen kleiner als 400 mV ist Wenn also die Empfindlichkeit des nachfolgenden Spannungskomparators 50 und der nachfolgenden Verstärkertransistoren 60, 61. 62 und 63 genügend hoch ist. um eine vollständige Umschaltung zu bewirken, wenn die Differenz der Basisspannungen der Transistoren 51 und 52 innerhalb dieses Bereichs von 400 mV liegt, fto dann werden Zweideutigkeiten im Ausgangssignal am Anschluß Ti infolge einer Vermischung von Finstell und Rückstellsignalanteilen vermiedenIn the event that the transistors 41 and 42 of the bistable circuit are silicon transistors and in Emiuergrundscruiltung have forward current gains in the range from 20 to 1000 (a range that practically all npn transistors. includes) calculations and measuring rods have shown that the bistable circuit 40 always completes a switchover between its two states, once initiated, if the voltage difference at the bases is less than 400 mV .62 and 63 is sufficiently high. in order to bring about a complete switchover when the difference between the base voltages of the transistors 51 and 52 lies within this range of 400 mV, then ambiguities in the output signal at the connection Ti as a result of a mixing of the reset and reset signal components are avoided

Infolge des Fehlens von Widerständen in den Basis und Emitterkreisen der Transistoren der bistabilen *> Schaltung 40 werden die ^usgangspotemiale fur den nachfolgenden Komparator 50 genauer einschalten. Die Ausgangssignalpotentiale sind einzig durch die Basis-Emilter-Durchlaßspannungen Vbe der zusammenpassenden Transistoren 41 und 42 bestimmt. Unterschiede zwischen den Vbe Potentialen sind bekannterweise die am genauesten in integrierten Schaltungen definierten Parameter.As a result of the lack of resistors in the base and emitter circuits of the transistors of the bistable *> Circuit 40 are the ^ output potentials for the Turn on the following comparator 50 more precisely. The output signal potentials are unique to the base Emilter forward voltages Vbe of the matching transistors 41 and 42 is determined. Differences between the Vbe potentials are known the parameters most precisely defined in integrated circuits.

Das Ausgangssignal des Komparators 50 wird der Bais des in Emittergrundschaltung betriebenen pnp-Transistors 60 zugeführt. Dieser Transistor wird voll in seinen Leitungszustand vorgespannt, wenn das an seiner Basis liegende Signal um mehr als 2 Vbe negativ als das Potential B+ wird. In diesem Zustand wird sein Emitterstrom durch den Kollektorstrom des als Konstantstromquelle geschalteten pnp-Transistors 64 begrenzt. Der Kollekiorstrom des Transistors 60 wird über die hintereinandergeschalteten Kollektorverstärkertransistoren 61. 62 zur Basis des mit geerdetem Emitter betriebenen Transistors 63 geführt. Die Stromquellentransistoren 65, 66 und 67 ziehen die Basen der Transistoren 61, 62 bzw. 63 nach unten, wenn keine Durchlaßvorspannungströme anliegen. Die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 65, 66 und 67 bilden also Stromwege zur Entladung gespeicherter Basis-Emitter-Ladungen aus den Transistoren 61, 62 und 63. wenn diese aus ihrem Leitungszustand herausgesteuert werden. Der Widerstand 68 begrenzt Basis und Kollektorströme der Transistoren 65, 66 und 67 auf wenige Mikroampere, die für diesen Zweck erforderlich sind. Die Transistoren 65,66 und 67 können kleinere Abmessungen als die anderen npn-Transistoren der integrierten Schaltung haben.The output signal of the comparator 50 is fed to the base of the pnp transistor 60 operated in the basic emitter circuit. This transistor is fully biased into its conduction state when the signal at its base becomes negative by more than 2 Vbe than the potential B + . In this state, its emitter current is limited by the collector current of the pnp transistor 64 connected as a constant current source. The collector current of the transistor 60 is conducted via the collector amplifier transistors 61, 62 connected in series to the base of the transistor 63 operated with a grounded emitter. Current source transistors 65, 66 and 67 pull the bases of transistors 61, 62 and 63, respectively, down when there are no forward bias currents. The collector-emitter paths of the transistors 65, 66 and 67 thus form current paths for discharging stored base-emitter charges from the transistors 61, 62 and 63 when these are controlled out of their conduction state. The resistor 68 limits the base and collector currents of the transistors 65, 66 and 67 to a few microamps, which are required for this purpose. The transistors 65, 66 and 67 can have smaller dimensions than the other npn transistors of the integrated circuit.

Der Transistor 63 besteht typischerweise aus mehreren Einzeltransistoren mit zusammengeschalteten Kollektoren, Basen und Emittern, so daß sich die Verlustleistung über eine größere Fläche des integrierten Schaltungsplättchens verteilt. Der dem Anschluß 7s zugeführte Strom bestimmt den verfügbaren Basisstrom des Transistors 63 und begrenzt dessen Ausgangskollektorstrom, der dem Anschluß Ti zugeführt wird. Der dem Anschluß Ts zugeführte Strom wird normalerweise nicht größer als notwendig gewählt, so daß die integrierte Schaltung gegen eine zufällige Berührung des Anschlusses Ti mit einem positiveren Potential als B-geschützt ist.The transistor 63 typically consists of several individual transistors with collectors, bases and emitters connected together, so that the power loss is distributed over a larger area of the integrated circuit chip. The current supplied to terminal 7s determines the available base current of transistor 63 and limits its output collector current which is supplied to terminal Ti. The current supplied to the connection Ts is normally not selected to be greater than necessary, so that the integrated circuit is protected against accidental contact with the connection Ti with a more positive potential than B-.

Ein dem Anschluß 7i> zugeführter positiver Vorspannungsstrom hat eine gewisse Große eines Durchlaßspannungsabfalls Vbf am Basis-Emmer-Übergang des Transistors 70 zur Folge, der erforderlich ist. damit sein Kollektorstrom praktisch gleich diesem Vorspannungsstrom ist. Dieser Spannungsabfall Vbe wird Basis und Emitter der Transistoren 15. 53 und 71 zugeführt, so daß deren Kollektorströme proportional dem an Anschluß 7b zugeführten Strom sind. Dieses Potential Vet wird auch zur Vorspannung der Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren 65.66 und 67 verwendet.A positive bias current applied to terminal 7i> has a certain size of a forward voltage drop Vbf at the base-Emmer junction of the Transistor 70 which is required. thus its collector current is practically equal to this bias current is. This voltage drop Vbe is fed to the base and emitter of the transistors 15, 53 and 71, see above that their collector currents are proportional to the current supplied to terminal 7b. This potential Vet also biases the base-emitter junctions of transistors 65.66 and 67 are used.

Der Kollektorstrom des Transistors 71 spannt den Basis-Emitter-Übergang des pnp-Transistors 72 in Durchlaßrichtung vor. so daß ein Spannungsabfall Vbe an diesem entsteht und der Kollektorstrom des Transistors 72 praktisch dieselbe Größe wie im Transistor 71 hat. Dieses den Basis-Emitter-t'bergängen der Transistoren 25. 39. 45. 46 und 64 zugeführte Potential Vbe spannt diese Transistoren so vor. daß ihre Kollektorströme proportional demjenigen des Transistors 72 sind. Die Vorspannungsfunktionen, wie sie hier und irr, vorigen Absatz beschrieben sind, sind dem integrierte Schaltungen entwerfenden Ingenieur vertraut.The collector current of transistor 71 biases the base-emitter junction of pnp transistor 72 in Forward direction. so that a voltage drop Vbe at this arises and the collector current of transistor 72 is practically the same as in transistor 71 has. This is the base-emitter transition of the transistors 25, 39, 45, 46 and 64 applied potential Vbe so biases these transistors. that their collector currents are proportional to that of transistor 72. The preload functions as they are here and there, The engineer designing integrated circuits is familiar with the previous paragraph.

Es ist diesen Konstrukteuren auch geläufig, daß die Dioden 31. 32, 37. 43. 44, 57 und 58 auch mit Transisto-These designers are also familiar with the fact that the diodes 31, 32, 37, 43, 44, 57 and 58 also have transistor

609 683/299609 683/299

2,3 642.3 64

ren realisiert werden können, deren Basen mit ihren Kollektoren verbunden sind, wie dies im Zusammenhang mit dem Transistor 27 beschrieben worden war.Ren can be realized whose bases are connected to their collectors, as related to this with the transistor 27 had been written.

Die gesamte Schaltung kann auch so aufgebaut werden, daß ihre Transistoren durch solche vom jeweils entgegengesetzten Schaltungstyp ersetzt werden. In diesem Falle würden die Potentiale B+ und B — entsprechend den Anschlüssen T2 bzw. Ti zugeführt. Der Anschluß Ti würde als Stromquelle und nicht als Stromsenke dienen. Alternativ können in der Schaltung auch nur die Elemente 51,52, 53,55,56,57,58,60, 61,62, 63, 64, 65, 66 und 67 durch Elemente des entgegenge-The entire circuit can also be constructed in such a way that its transistors are replaced by those of the respectively opposite circuit type. In this case, the potentials B + and B - would be fed to the terminals T2 and Ti, respectively. Terminal Ti would serve as a current source and not a current sink. Alternatively, only the elements 51, 52, 53, 55, 56, 57, 58, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66 and 67 can be replaced by elements of the opposite

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setzten Leitungstyps ersetzt werden, so daß am Anschluß 7 eine Stromquelle statt einer Stromsenke zur Verfügung steht.
Andere Abwandlungen bestehen im Vertauschen der Verbindungen der Kollektoren der Transisotoren 51 und 52 mit dem Stromspiegelverstärker 54 und dem Verstärkertransistor 60. Der Anschluß Ti bildet dann eine niederohmige Stromsenke, wenn das am Anschluß 7s zugeführte Eingangssignal negativer als der niedrige Signalpegel ist, ist das Potential des Eingangssignals positiver als der hohe Eingangssignalpegel, dann ist dies nicht der Fall.Set line type are replaced, so that a current source is available instead of a current sink at connection 7.
Other modifications consist in interchanging the connections of the collectors of the transistors 51 and 52 with the current mirror amplifier 54 and the amplifier transistor 60. The connection Ti then forms a low-resistance current sink, if the input signal fed to the connection 7s is more negative than the low signal level, the potential is des If the input signal is more positive than the high input signal level, then this is not the case.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Voltage comparison circuit with a first voltage comparator for comparing a Input signal level with a first reference level and for generating a setting signal when the Input signal level is more positive than the first reference level, and a second voltage comparator to compare the input signal level with a second reference level and to generate a Reset signal when the input signal level is more negative than the second reference level, and with a bistable circuit, which by the setting signal in one of its stable state? · and by the Reset signal brought into the other stable state is, characterized in that the first and the second voltage comparator (10, 20) the setting and reset signals with each other opposite polarity and with different amplitudes provide that a summing circuit (33, 34) is provided, which the set and reset signal from the first and second Voltage comparator is supplied and which these signals into a composite signal on a single line (35) adds that a first rectifier (38) for separating the setting signal from the composite signal and for supplying the setting signal to the bistable circuit (40) and a second rectifier (36, 37) for separating the reset signal from the composite Signal and for supplying the reset signal to the bistable circuit (40) are.

2. Voltage comparison circuit according to claim 1, characterized in that the bistable circuit (40) a first (41) and a second (42) emitter-coupled transistor of a first conductivity type has, each of which is connected with its base to the collector of the other that the first rectifier (38) includes a third transistor of the first conductivity type whose collector and emitter is coupled to the base or emitter of the second transistor (42) that the second Rectifier (36, 37) a fourth, operated in common collector transistor (36) one second, opposite conductivity type, the emitter of which connects to the base of the first transistor (41) is connected via a diode (37), which is polarized so that it is through the emitter current of the fourth Transistor (36) is forward biased, and that the bases of the third and fourth Transistors (38,36) are connected to a common line, which gives them the composite Signal supplies.

3. Voltage comparison circuit according to one of the preceding claims, characterized in that that a third voltage comparator (50) is provided, the input of which to the bistable circuit (40) is connected and which senses the state of the bistable circuit and an output signal delivers, which always only takes one of two values and the state of the bistable circuit reproduces and regardless of a partial response of the bistable circuit to either is the set or reset signal.

The invention relates to a voltage comparison circuit as it is assumed in claim 1.

Such a circuit is described in US Pat. No. 3,639,779. Such a voltage comparison circuit has a defined hysteresis behavior in that an input signal has both a high and a is compared to a low reference level, the first of which is more positive than the second. When the input signal potential is more positive than the high reference level potential, then the output signal of the comparison circuit decreases a first state, that is, a first output level. If the input signal potential is more negative than the low reference level potential, then the output of the comparison circuit takes a second state, i.e. a second output level that differs from the first. Is the input signal between the high and the low reference level, i.e. H. in the dead zone or the Hysteresis range, then there is no change in the status of the output signal compared to its previous one Status. Such a dead zone is advantageous in that it makes the comparison circuit insensitive to interference low level or randomly occurring signals that make up the useful components of the input signal douse.

To obtain this hysteresis property, one uses a bistable memory element - such as a bistable switch (Eccles-Jordan circuit) with a pair of transistors, their collectors and bases are cross-coupled. If the input signal is more positive than the high reference level signal, then the bistable becomes Switch is placed in its first stable state. When the input signal potential is more negative than is the low reference signal level, then the bistable switch is switched back to its second stable state.

In the known circuit, the output signals of the two voltage comparators are separated fed to the setting or reset input of the bistable circuit, which is normally sufficient Far divergent reference levels also does not lead to difficulties, since it is then ensured that only ever one of the voltage comparators supplies a switching signal for the bistable circuit.

If, on the other hand, the two reference levels are close to one another, then this can be due to tolerance or temperature-related factors Deviations in the circuit parameters result in a state in which both comparators at the same time deliver a switching signal for the bistable circuit, which then does not know what to do. A Such a case can also occur if the reference level is not fixed, as is the case with the circuit according to US-PS 36 39 779 is the case, but when they are adjustable and with such a setting Operational error occurs.

With a programmable comparator where the high and low reference levels are changed can, for example by a circuit provided outside the integrated circuit, namely can Incorrect programming occur, for example by mistakenly setting the high reference level to a Potential is set, which is less positive than the low reference level. This case in particular can occur when the high and low

⁶ S trainspege! are set almost the same and, based on a common reference potential, are significantly greater than the difference between them (the dead zone). In such a case it is necessary that the