DE2419521C2 - Schaltungsanordnung zur Verzögerung von Impulsen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Verzögerung von ImpulsenInfo
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Description
Schaltungsanordnungen zur Verzögerung von Impulsen sind bereits bekannt (siehe z. B. DE-AS
58 557; Siemens-Halbleiter-Beispiele 1969, S. 128 bis 131). Solche Schaltungsanordnungen können
mehr oder weniger kompliziert aufgebaut sein. Die Verzögerung wird in der Regel mit Hilfe eines
Widerstands-Kondensator-Gliedes zustande gebracht. Damit zugeführte Rechteck-Impulse nach der Verzögerung
weiterhin eine Rechteckform haben, wird die Ansprechschwelle von Verstärkern oder die Umschaltschwelle
von Verknüpfungsgliedern ausgenutzt. Bekanntlich kann bei einem Verstärker oder einem
Verknüpfungsglied eine derartige Ansprechschwelle bzw. Umschaltschwelle nur mit einer begrenzten Genauigkeit
eingehalten werden. Wenn die Verzögerung durch eine derartige Schwelle mitbeeinflußt wird,
also die Dauer der Verzögerung von der Höhe dieser Schwelle mit abhängt, können sich bei einer Veränderung
der Schwelle in ungewünschter Weise Verfälschungen der Verzögerung oder Veränderungen
der Impulsdauer ergeben. Die Erfindung zeigt nun einen Weg, durch den solche unerwünschten Verfälschungen
vorteilhafterweise weitgehend vermieden werden können. Dabei werden Bauelemente der an
sich bekannten C-MOS-Technik (siehe*.B. »Elektronik
1971«, S. 111 bis 116) verwendet, die bekanntlich
sehr viele Vorteile aufweisen, nämlich unter anderem niedrigen Leistungsverbrauch und zugleich
hohe Störsicherheit.
Es ist bereits bekannt, eine Verzögerungsschaltung mit einem Zeitglied aus einem Widerstands-Kondensatorglied
und mit einer Schwellwertschaltung dadurch temperaturstabil zu machen, daß eine Betriebsspannung
verwendet wird, die mit Hilfe einer besonderen Stabilisierungsschaltung einen dem Temperaturgang
der Schwellwertspannung der Schwellwertschaltung proportionalen Temperaturgang erhält
(s. DE-AS 17 62 794). Die Schwellwertschaltung
und die Stabilisierungsschaltung unterscheiden sich zwangläufig in ihrem schaltungstechnischen Aufbau,
so daß eine genaue Abstimmung der dazugehörigen Bauelemente erforderlich ist, um den angestrebten
!proportionalen Temperaturgang zu erreichen. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden
derartige unterschiedliche Schaltungsteile vermieden. Außerdem wird dabei insbesondere eine andere
Ursache für eine Ungenauigkeit in der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung zur Verzögerung von Im-
pulsen vermieden.
Es sind auch bereits Verzögerungsschaltungen mit Widerstands-Kondensator-Gliedern bekannt (siehe das
Buch »Integrierte Digital-Bausteine«, SIEMENS AG, Seiten 413 bis 415; »The Electronic Engineer«, Mai
1970, Seiten 51 bis 57). Hierbei handelt es sich aber um Widerstands-Kondensator-Glieder, die als Differenzierschaltungen
benutzt sind und die zu monostabilen Multivibratoren gehören. Daher läßt sich dort nicht vermeiden,
daß die Impulsdauer verändert wird. Andere
■»ο Schaltungsanordnungen zur Verzögerung von Impulsen
(siehe DE-OS 21 48 436; Designing with TTL Integrated Circuits von Texas Instruments Ine, 1971, Seiten 55 bis
57) haben zwar mindestens ein Widerstands-Kondensator-Glied, verwenden jedoch eine Schaltungstechnik,
die nicht dazu führt, daß die Impulsdauer unverändert bleibt. Es ist auch bekannt, Kettenschaltungen, zu denen
NICHT-Glieder und Kondensatoren bzw. Widerstands-Kondensator-Glieder
gehören, zur Verzögerung von Impulsen zu verwenden (siehe das Buch von Kühn-Schmied:
»Integrierte Schaltkreise«, Seiten 70 und 71). Werden dort lediglich Kondensatoren in der Kettenschaltung
verwendet, so wirken sich die unvermeidlichen Toleranzen für die in der Kettenschaltung wirksamen
Widerstände im Weitergabeweg von Impulsen zwangläufig derart aus, daß in den einzelnen Stufen
unterschiedliche Verzögerungen auftreten und daß dadurch Abweichungen für die Verzögerung von Hochflanken
und Tiefflanken auftreten. Diese Effekte sind bei den dort beschriebenen Schaltungen zur Verzögerung
noch nicht einmal beseitigt, wenn sogar auch statt der Kondensatoren Widerstands-Kondensator-Glieder
verwendet werden, da auch dann die Verzögerungszeit der Hochflanke sich wesentlich von der Verzögerungszeit der Tiefflanke je Verzögerungsstufe unterscheidet
Es ist auch bekannt, Kettenschaltungen, die zur Verzögerung
von Impulsen dienen, in C-MOS-Technik aufzubauen (siehe z. B. »The Electronic Engineers«, März
1970, Seiten 56 und 57, Figur 7). Dort wird jedoch die
Verzögerung mit Hilfe von Taktimpulsen zustande gebracht.
Hierfür werden aber besondere Impulsquellen benötigt, was sehr unbequem ist
Erst durch die Erfindung wird eine Schaltungsanordnung erzielt, bei der Veränderungen der Impulsdauer
weitgehend vermieden werden und bei dei dies mit geringem Aufwand erzielt wird.
Die Erfindung geht von einer Schaltungsanordnung zur Verzögerung von Impulsen aus, wie aus Verknüpfungsgliedern,
von denen mindestens eines Negationswirkung hat, wie zum Beispiel ein NAND-Glied,
und aus mehreren Widerstands-Kondensator-Gliedern mit Integrationsfunktion aufgebaut ist Die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen ihrem durch die Impulse gespeisten
Eingang und ihrem Ausgang die Kettenschaltung eines Widerstands-Kondensator-Gliedes,
eines Verknüpfungsgliedes mit Negationswirkung, eines weiteren Widerstands-Kondensator-Gliedes, das dieselbe
Zeiikonstante wie das erstgenannte Widerstands-Kondensator-Glied
hat, und eines weiteren Verknüperstgenannte
Verknüpfungsglied hat, liegt, daß die mit den Impulsen nicht belieferten Signaleingänge der
Verknüpfungsglieder fest an eine konstante Spannung gelegt sind, und daß die beiden Verknüpfungsglieder in
C-MOS-Technik auf demselben Chip integriert sind.
Dadurch, daß zwischen den beiden Widerstands-Kondensator-Gliedern ein Verknüpfungsglied mit
Negationswirkung eingefügt ist, ergibt es sich, daß bei den Impulsflanken eines zugeführten Impulses
bei dem einen der beiden Verknüpfungsglieder die Ansprechschwelle in der einen Richtung, z. B. von
höherer zu niedrigerer Spannung, und beim anderen Verknüpfungsglied die Ansprechschwelle in der anderen
Richtung, also z. B. in Richtung von niedrigerer zu höherer Spannung, durchschritten wird. Hat sich
die an sich vorgesehene Ansprechschwelle beispielsweise infolge Fertigungstoleranzen etwas verlagert,
so werden die Auswirkungen dieser Verlagerung wegen der unterschiedlichen Durchschreitungsrichtung
bei den beiden Verknüpfungsgliedern weitgehend kompensiert. Verwendet man Verknüpfungsglieder, die in C-MOS-Technik auf demselben Chip
integriert sind, so kann man bekanntlich damit, rechnen, daß die Ansprechschwellt; bei beiden Verknüpfungsschaltungen
in derselben Weise verlagert ist (s. McMOS Handbook von Motorola, Oktober 1973, S. 827 und 828). Eine Verlagerung der an sich
vorgesehenen günstigen Ansprechschwelle wirkt sich daher kaum in unerwünschter Weise aus. Es ist
günstig, wenn die Ansprechschwelle der Verknüpfungsglieder in der Mitte zwischen der oberen und
der unteren Impulsspannung liegt. Die Verzögerungszeit für jeweils eine Flanke eines zugeführten Impulses
besteht dann aus zwei gleich großen Teilzeiten, von denen die eine Teilzeit durch das eine Widerstands-Kondensator-Glied
und die andere Teilzeit durch das andere Widerstands-Kondensator-Glied mitbestimmt wird. Es zeigt sich, daß die prozentuale
Abweichung der Verzögerung wesentlich geringer als die prozentuale Abweichung der Ansprechschwelle
ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zwei Figuren näher erläutert. In der F i g. 1 ist ein
Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gezeigt. In der F i g. 2 sind Diagramme
gezeigt, die den Verlauf von Spannungen an mehreren Schaltungspunkten des in F i g. 1 gezeigten
Ausführungsbeispiels angibt.
An den Eingang α der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung
ist das Widerstands-Kondensator-Glied mit dem Widerstand Al und dem Kondensator
Cl angeschlossen. An den Verbindungspunkf b
dieser beiden Schaltelemente ist der eine Eingang des NAND-Gliedes Ni angeschlossen. An seinem Ausgang
c ist das zweite Widerstands-Kondensator-Glied aus dem Widerstand R 2 und dem Kondensator C 2
ίο angeschlossen. An den Verbindungspunkt d zwischen
dem Widerstand R 2 und dem Kondensator C2 ist der eine Eingang des NAND-Gliedes N 2 angeschlossen,
welches den Ausgang e hat. Die beiden noch freien Eingänge der NAND-Glieder Nl und TV 2 sind
an die Betriebsspannung + UB gelegt. Auch der Eingang
α ist an die erwähnte Betriebsspannung + UB gelegt, und zwar über den Widerstand R3, dessen
Widerstandswert sehr klein gegen denjenigen des Widerstandes R1 ist, der zum an den Eingang angeschlossenen
Widerstands-Kondensator-Glied gehört. Die wirksame Zeitkonstante des Widerstands-Kondensator-GJiedes
R l-Cl wird durch das Vorhandensein
des Widerstandes R 3 praktisch nicht verändert. Beim Eingang α wird ein Impuls durch Betätigung
des Arbeitskontaktes s zugeführt. Ist dieser Kontakt nicht betätigt, so wirkt sich dort über den Widerstand
R 3 die Betriebsspannung + UB als Ruhespannung
aus. Wird dagegen der Arbeitskontakt s betätigt, so wird der Eingang α auf die Impulsspannung
Masse gelegt. Erst nach öffnung dieses Arbeitskontaktes
nimmt der Eingang α wieder die Ruhespannung + UB an.
Wie sich die Betätigung des Arbeitskoniaktes s auf den übrigen Teil der Schaltungsanordnung gemäß
Fig. 1 und insbesondere auf den Ausgang e auswirkt,
wird im folgenden an Hand der Diagramme in Fi g. 2 näher erläutert.
Bei diesen Diagrammen erstreckt sich die Zeitachse / jeweils in waagerechter Richtung von links
nach rechts und die Spannungsachse + U in senkrechter
Richtung von unten nach oben. In dem Diagramm Ua ist der bereits besprochene Verlauf
der Spannung am Schaltungspunkt α dargestellt. Es ist auch die Impulsdauer;/ gezeigt.
Im folgenden werden zunächst die im Zusammenhang
mit der Vorderflanke des im Diagramm Ua gezeigten Impulses an den anderen Schaltungspunkten
auftretenden Spannungsverläufe näher erläutert. Wie aus dem Diagramm Ub erkennbar ist, liegt am Schal-
tungspunktfc zunächst wie beim Schaltungspunkt a
die Ruhespannung +UB, da sich dort über die Widerstände R3 und Al diese Spannung auswirkt.
Mit Betätigung des Arbeitskontaktes s und der damit verbundenen Absenkung der Spannung am Schal-
tungspunkta auf Masse beginnt die Entladung des
Kondensators Cl auf Masse. In das Diagramm Ub ist auch die Ansprechschwelle Us des NAND-Gliedes
Nl eingezeichnet. Wird diese Ansprechschwelle unterschritten, so wird das NAND-Glied /V1 umge-
schaltet. Diesen Umschaltvorgang ersieht man aus dem Diagramm Uc, in welchem die am Ausgang c
dieses NAND-Gliedes auftretende Spannung gezeigt ist. Solange an den beiden Eingängen des NAND-Gliedes
Nl die Ruhespannung + UB. liegt, liegt an seinem Ausgang Masse. Wenn die am Schaltungspunkt b, also an dem, einen Eingang dieses NAND-Gliedes,
liegende Spannung Ub die Ansprechschwelle Us unterschreitet, tritt wesen des Umschalten« rfes
NAND-Gliedes N1 an seinem Ausgang c nunmehr
die Spannung +UB auf. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Aufladung des Kondensators Cl über den
Widerstand R 2. Dies ist aus dem Diagramm Ud zu ■ersehen, welches die an dem Verbindungspunkt de
des Widerstandes R 2 und des Kondensators C 2 auftretende Spannung zeigt. An diesen Verbindungspunkt ist auch der eine Eingang des NAND-Gliedes
A/2 angeschlossen, dessen anderer Eingang fest an der Spannung +UB liegt. Am Ausgang des NAND- ίο
Gliedes N 2 liegt zunächst die Ruhespannung +UB, da das NAND-Glied N 2 erst in seinen anderen Zustand
umschaltet, wenn die an seinem Eingang d liegende Spannung die Ansprechschwelle Us überschreitet,
s. Diagramm Ud. Die an seinem Ausgang e '5
liegende Spannung springt zu diesem Zeitpunkt von Her Ruhesnannung +UB auf Masse» wie auch aus
dem Diagramm Ue ersichtlich ist. Die dort gezeigte Ansprechverzögerung tan setzt sich also aus zwei
Teilverzögerungen zusammen, nämlich aus der Teil- 2"
verzögerung für das Umschalten des NAND-Gliedes Nl und der Teüverzögerung für das NAND-Glied
N2. Beim NAND-Glied N1 wird dabei die zugehörige
Ansprechschwelle Us unterschritten und beim NAND-Glied Nl wird sie danach überschritten.
Liegt die Ansprechschwelle Vs in der Mitte zwischen der hier als Impulsspannung wirkenden Masse und
der Ruhespannung + UB, so sind die von den NAND-Gliedern jeweils verursachten Teilverzögerungen
gleich groß.
In den Diagrammen Ub', Uc', Ud' und Ue' ist auch dargestellt, wie die Spannungsverläufe an den
Schaltungspunkten b, c, d und e sind, wenn die Ansprechschwelle Us um den Wert dUs verschoben ist.
Der Verlauf der Spannung am Schaltungspunkt Ua wird dadurch nicht beeinflußt. Auch der Verlauf der
Spannung am Schaltungspunkt b wird dadurch nicht beeinflußt. Es wird aber der Verlauf am Schaltungspunkt c beeinflußt, nämlich insofern, als das NAND-Glied
N1 diesmal früher als beim zuerst betrachteten
Betriebsfall umschaltet und damit die Spannung an seinem Ausgang c früher als sonst von Masse auf die
Spannung + UB springt. Dies hat zur Folge, daß der Anstieg der Spannung am Schaltungspunkt d mit
Aufladung des Kondensators C 2 früher als vorher beginnt, es wird aber erst nach einer längeren Zeit
als vorher die jetzt höher liegende Ansprechschwelle 17/ des NAND-Gliedes N 2 erreicht. Dies
hat zur Folge, daß das NAND-Glied N 2 erst nach einer längeren Teilverzögerung als vorher umschaltet.
Die Verkürzung der Teilverzögerung bei der Umschaltung des NAND-Gliedes N1 wird daher weitfür
die Umschaltung des NAND-Gliedes N 2 kompensiert. Insgesamt ergibt sich in diesem Fall die
in das Diagramm Ue' eingezeichnete Ansprechverzögerung tan'. Sie setzt sich aus der etwas kürzeren
Teilverzögerung 1 für das Umschalten des NAND-Gliedes Nl und der etwas längeren Teilverzögerung
2 für das Umschalten des NAND-Gliedes N 2 zusammen. Voraussetzung für den vorstehend beschriebenen
günstigen Effekt ist, daß die Ansprechschwelle bei beiden NAND-Gliedern Nl und N 2 in
gleicher Weise verschoben ist. Dies ist gemäß der ω
Erfindung dadurch sichergestellt, daß beide NAND-Glieder auf demselben Chip integriert sind.
Die Vorgänge, die siel, bei der Rückflanke des im
Diagramm Ua gezeigten Impulses abspielen, ähneln sich weitgehend den vorstehend beschriebenen Vorgängen,
jedoch wird hierbei der Kondensator Cl nach öffnung des Arbeitskontaktes s wieder auf die
Ruhespannung +UB aufgeladen und etwas später der Kondensator Cl von dieser Spannung auf Masse
entladen. Wie aus den Diagrammen Ub und Ud hervorgeht,
wird dabei die Ansprechschwelle beim NAND-Glied Nl überschritten und beim NAND-Glied
N 2 unterschritten. Liegt die Ansprechschwelle Us nach wie vor in der Mitte zwischen der Ruhespannung
-f UB und Masse, so wird die Umschaltung des NAND-Gliedes Nl genauso viel wie vorher und
die Umschaltung des NAND-Gliedes N 2 gegenüber der Umschaltung des NAND-Gliedes Nl genauso
viel wie vorher verzögert. Insgesamt ergibt sich dann die Abfallverzögerung tab. s, Diagramm Ue, Sie ist
genauso groß wie die Ansprechverzögerung tan und setzt sich ebenfalls aus zwei Teilverzögerungen zusammen.
Es wird noch daran erinnert, daß der Widerstandswert des Widerstandes A3 so klein
gegenüber dem Widerstandswert des Widerstandes Al ist, daß die Zeitkonstante für die Entladung des
Kondensators C1 praktisch genauso groß wie diejenige
für seine Aufladung ist.
Ist die Ansprechschwelle bei den NAND-Gliedern Nl und N 2 um den Betrag dUs verschoben, so ergibt
sich die Abfallverzögerung tab', s. Diagramm Ue'. Diese setzt sich hier aus der verlängerten Teilverzögerung
1 des NAND-Gliedes Nl und der verkürzten Teilverzögerung 2 des NAND-Gliedes Nl
zusammen. In entsprechender Weise wie beim Zustandekommen der Ansprechverzögerung tan' kompensiert
sich auch hier weitgehend die Verlängerung der einen Teüverzögerung durch die Verkürzung der
anderen Teüverzögerung. Das Zustandekommen der einzelnen Teilverzögerungen ist im einzelnen aus den
Diagrammen Ub', Uc' und Ud' erkennbar. Der Umstand, daß auch hier eine Verlängerung der einen
Teüverzögerung mit einer Verkürzung der anderen Teilverzögerung einhergeht, ergibt sich daraus, daß
auch nach der Hinterflanke des Impulses die AnsprechschweJle des einen NAND-Gliedes überschritten
und danach beim anderen NAND-Glied unterschritten wird. Da die Ansprechverzögerung und die
Abfallverzögerung insgesamt dabei weitgehend unverändert bleiben, ergibt es sich auch, daß die Impulsdauer
weitgehend unverändert bleibt.
Entsprechende Effekte ergeben sich, wenn nicht von vornherein davon ausgegangen wird, daß die
Ansprechschwelle in der Mitte zwischen der Ruhespannung and Masse liegt. Es zeigt sich aber, daß es
besonders günstig ist, für die AssprechschweHc die
erwähnte Mitte zu wählen, da dann am weitesten Spielraum für Abweichungen der Ansprechschwelle
vorhanden ist.
Das in Fi g. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann in verschiedener
Weise variiert werden. So können z.B. die Polaritäten der benutzten Spannungen vertauscht
werden. Es kann auch bei sinngemäßer Umgestaltung statt eines Arbeitskontaktes ein Ruhekontakt
zur Zuführung eines Impulses benutzt werden. Sinngemäß können statt NAND- auch WOR-Glieder
verwendet werden, wobei die unbenutzten Eingänge z. B. an Masse gelegt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zur Verzögerung von Impuisen.die
aus Verknüpfungsgliedern, von denen mindestens eines Negationsfunktion hat, wie zum Beispiel
ein NAND-Glied, und aus mehreren Widerstands-Kondensator-Gliedern mit Integrationsfunktion
aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen ihrem durch die Impulse gespeisten Eingang (a) und ihrem Ausgang (e)die Kettenschaltung
eines Widerstands-Kondensator-Gliedes (Ri-Ci), eines Verknüpfungsgliedes mit
Negationswirkung (Ni), eines weiteren Widerstands-Kondensator-Gliedes
(R2-C2), das dieselbe Zeitkonstante wie das erstgenannte Widerstandskondensator-Glied
hat, und eines weiteren Verknüpfungsgliedes (N2), das dieselbe Ansprechschwelle
wie das erstgenannte Verknüpfungsglied hat, liegt, daß die mit den Impulsen nicht belieferten
Signaleingänge der Verknüpfungsglieder (Ni, N2)
fest an eine konstante Spannung gelegt sind, und daß die beiden Verknüpfungsglieder in C-MOS-Technik
auf demselben Chip integriert sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsglieder (Nl, N 2) NAND-Glieder mit je zwei
Eingängen sind, von denen jeweils ein Eingang fest an eine Betriebsspannung (+ UB) gelegt sind,
die sich wie die Ruhespannung auswirkt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (α) an
die erwähnte Betriebsspannung (+UB) über einen Widerstand (A3) gelegt ist, dessen Widerstandswert
klein gegen denjenigen des Widerstandes (Rl) ist, der zum an den Eingang (α)
angeschlossenen Widerstands-Kondensator-Glied (R 1-Cl) gehört.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ansprechschwelle der Verknüpfungsglieder in der Mitte zwischen der Impulsspannung
(Masse) und der Ruhespannung (+UB) liegt.
Priority Applications (2)
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ID=25767024
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