DE2423061B1 - Schaltungsanordnung zur Verzögerung und zur Flankenversteilerung von Impulsen für integrierte Schaltungen - Google Patents

Description

• Der bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 benutzte Mitkopplungskondensator CK hat den Nachteil, als Kondensator ungünstiger als ein Widerstand zu sein, und außerdem hat er insbesondere bei integrierten Schaltungen den Nachteil, daß er dort schlechter als ein Widerstand zu realisieren ist. Bei der Schaltungsanordnung gemäß F j g. 2 ist zwar die Mitkopplung durch den Widerstand RK zustar.de gebracht. Dieser Widerstand muß jedoch im Vergleich zu den Widerständen R2 und R3 verhältnismäßig g-oß sein, damit die Mitkopplung nicht bewirkt, daß der Verstärker eigenstabil wird, d. h.
• unabhängig vom zugeführten Impuls in einem bestimmten Betriebszustand verharrt Es zeigt sich, daß zum Beispiel bei Schaltungsanordnungen, die in C-Mos-Technologie aufgebaut sind, der Widerstand RK etwa fünf- bis zehnmal so groß sein muß als die Reihenschaltung aus den Widerständen R2 und R3. Dies hat zur Folge, daß entweder der Widerstandswert des Widerstandes RK verhältnismäßig groß zu sein hat, zum Beispiel 1 bis 2 MOhm, oder daß die Widerstandswerte der Widerstände R2 und R3 verhältnismäßig niedrig zu sein haben. In beiden Fällen ergeben sich gewisse Nachteile. Bekanntlich stößt es, z. B. bei integrierten Schaltungen, auf Schwierigkeiten, Widerstände vorzusehen, die verhältnismäßig hohe Widerstandswerte haben. Vermeidet man dies und gibt hierzu den Widerständen R2 und R3 kleine Widerstandswerte, so ergibt sich, daß dann zur Erzielung einer vorgegebenen Zeitkonstante der Kondensator Ceine verhältnismäßig große Kapazität zu haben hat Große Kapazitäten sind aber in jedem Fall teuer und lassen sich auch bei integrierten Schaltungen nur mit Schwierigkeiten, wenn überhaupt, verwirklichen. Insgesamt ergibt es sich, daß auch die Erzielung der Mitkopplung bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig.2 mit Schwierigkeiten verbunden ist, die zu vermeiden sind. Diese Schwierigkeiten sind bei den Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß den F i g 3 und 4 vermieden.
• Bei den Schaltungsanordnungen gemäß den F i g. 1,2 und 3 enthält der Verstärker jeweils die beiden Stufen 11 und 12. Jede Stufe bringt für sich eine Phasendrehung um 1800 zustande, so daß hinter dem Verstärker jeweils mit den Eingangsspannungen gleichphasige Ausgangsspannungen auftreten und die Mitkopplung jeweils durch einen Widerstand und einen Kondensator in der gezeigten Weise zustande gebracht wird. Für solche Stufen stehen bekanntlich Bausteine in integrierter Schaltungstechnik zur Verfügung. Sie können für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ausgenutzt werden.
• Wie aus der Fig.3 erkenntlich, ist hier der zum Widerstands-Kondensator-Glied gehörende Kondensator C mit einem Anschluß an den Steueranschluß des Verstärkers 11-12 angeschlossen und mit seinem anderen Anschluß an den Abgriff des zur Mitkopplung dienenden Spannungsteilers aus den Widerständen RK2 und RKI angeschlossen. Die Enden dieses Spannungsteilers sind an die Ausgangsanschlüsse A und Masse des Verstärkers ll-12 angeschlossen. Dadurch, daß bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig.3 die Mitkopplung mit Hilfe eines Spannungsteilers bewirkt wird, läßt sich der Mitkopplungsgrad nicht nur durch Vergrößerung des Widerstandswertes des Widerstandes RK2 verringern, sondern auch dadurch, daß der Widerstands wert des Widerstandes RK1 verringert wird. Unter sonst gleichen Verhältnissen kann daher auch durch Verwendung eines Widerstandes RK1 mit hinreichend kleinem Widerstandswert verhindert werden, daß der Verstärker wegen zu großer Mitkopplung eigenstabil wird und damit die Übertragung von Impulsen behindert wird.
• Dies bedeutet, daß der Widerstandswert des Widerstandes RK2 kleiner als der Widerstandswert des Widerstands RK in der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 sein kann. Ferner hat die Benutzung des Spannungsteilers zur Folge, daß es nicht notwendig ist, dem Widerstand R2 einen besonders kleinen Widerstandswert zu geben. Da sich die Zeitkonstante des für die Verzögerung maßgebenden Widerstands-Kondensator-Gliedes nach dem Produkt aus dem betreffenden Widerstandswert und der Kapazität des Kondensators Crichtet und um so größer ist, je größer dieses Produkt ist, ergibt es sich hier auch, daß unter sonst gleichen Umständen wegen eines höheren Widerstandswertes des Widerstands R2 der Kondensator C eine kleinere Kapazität hat und damit billiger als sonst ist oder leichter als sonst realisierbar ist. Mit einem Kondensator vorgegebener Kapazität läßt sich aus entsprechenden Gründen eine erheblich größere Zeitkonstante und damit eine erheblich größere Verzögerungszeit erreichen als bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g .2.
• Besonders zweckmäßig ist es, den Spannungsteiler aus zwei ohmschen Widerständen aufzubauen. Es zeigt sich, daß der in den Auflade-Entlade-Stromkreis des Widerstands-Kondensator-Gliedes Rl-R2-C eingefügte Teil RK1 des Spannungsteilers RK1-RK2 einen Widerstandswert haben kann, der klein gegenüber den Widerstandswerten des Widerstands-Kondensator-Gliedes R1-R2-Cist. Durch den erwähnten Spannungsteiler wird daher die für die Aufladung des Kondensators C erforderliche Zeitspanne vorteilhafterweise praktisch nicht beeinflußt.
• Im folgenden wird noch kurz die Arbeitsweise der in Fig.3 gezeigten Schaltungsanordnung beschrieben.
• Wenn der Arbeitskontakt s nicht betätigt, also geöffnet ist, ist der Kondensator Cauf eine Spannung aufgeladen, die der Betriebsspannung -UB entspricht, vermindert um den am Widerstand RK1 auftretenden Spannungsabfall URK1. An der Ausgangsklemme A der Schaltungsanordnung liegt eine Spannung - UA, die im wesentlichen mit der Betriebsspannung -UB übereinstimmt. Wird der Arbeitskontakt s betätigt, also geschlossen, so entlädt sich der Kondensator C.Wenn der Verstärker 11-12 eine Steuerschwelle hat, so wird er erst nach einer Verzögerungszeitspanne umgesteuert, die durch diese Steuerschwelle und durch die Zeitkonstante des Widerstands-Kondensator-Gliedes bestimmt wird. Durch diese Verzögerungszeitspanne werden Eingangsstörspannungen, die z. B. durch Prellungen des Arbeitskontaktes s entstanden sind, vorteilhafterweise abgefangen. Hat sich der Kondensator C so weit entladen, daß die Steuerschwelle des Verstärkers unterschritten ist, dann wird die Ausgangsklemme A auf Masse gelegt. Der Spannungsabfall URK1 am Widerstand RK1 verschwindet, wodurch über den Kondensator C die am Eingang des Verstärkers liegende Spannung sich verstärkt im Sinne der Entladung dieses Kondensators ändert. Hierdurch wird die Umsteuerung des Verstärkers unterstützt, wodurch sich eine Versteilerung der Vorderflanke des an der Ausgangsklemme A gelieferten Impulses ergibt.
• Wird der Arbeitskontakt s wieder geöffnet, so wird der Kondensator C wieder aufgeladen, und zwar über einen Stromweg, der von Masse über die Parallelschaltung der Widerstände RK1 und RK2 zum einen Anschluß dieses Kondensators und über die Reihenschaltung der Widerstände Rt und R2 zum anderen Anschluß dieses Kondensators führt. Wenn die Steuerschwelle des Verstärkers erreicht wird, so wird dieser wieder in seinen Anfangszustand versetzt, wobei an der Ausgangsklemme A wieder die Spannung - UB auftritt.
• Es tritt dann am Widerstand RK1 wieder der Spannungsabfall UKl auf, wodurch die Änderung der am Eingang des Verstärkers liegenden Spannung während der Aufladung des Kondensators Cunterstützt wird. Damit wird zugleich auch die Umsteuerung des Verstärkers unterstützt, was sich letzten Endes in einer Versteilerung der Rückflanke des an der Ausgangsklemme A gelieferten Impulses auswirkt. Es zeigt sich also, daß über den Spannungsteiler RK2, RK1 die vorgesehene Mitkopplung wirksam ist. Der Mitkopplungsgrad kann durch passende Dimensionierung der dazu gehörenden Widerstände RK1 und RK2 auf einen geeigneten Grad eingestellt werden.
• Die beiden Stufen des Verstärkers 11-12 können auch in diskreter Schaltungstechnik durch zwei in Kette geschaltete galvanisch gekoppelte Transistorstufen gebildet sein. Ein Beispiel für eine sich dabei ergebende Schaltungsanordnung ist in der Fig.4 gezeigt. Zur Stufe 11 gehört der Transistor 71 und der Widerstand R4. Über den Widerstand R5 ist die Transistorstufe mit dem Transistor 72 und den Widerständen R6 und R7 angekoppelt. Diese beiden Transistorstufen sind für sich in konventioneller Technik aufgebaut und können offensichtlich die Funktionen des Verstärkers 11-12 der in F i g. 3 gezeigten Schaltungsanordnung übernehmen.
• Um sicherzustellen, daß der durch sie gebildete Verstärker eine günstige Ansprechschwelle hat, ist hier zwischen das Widerstands-Kondensator-Glied R1-R2-C und den Verstärker noch die Schwellwertdiode (Zenerdiode) G als Spannungsschwelle eingefügt. Die Schwellwertdiode G wirkt sich hier wie in ähnlichen bekannten Schaltungen (s. z. B. DT-AS 12 06961) aus.
• Zweckmäßigerweise wird eine derartige Schwellwertdiode gewählt, daß die Steuerschwelle zwischen einem Drittel und zwei Drittel der Betriebsspannung - UB liegt. Die in F i g. 4 gezeigte Schaltungsanordnung stimmt im übrigen weitgehend mit der in Fig. 3 gezeigten überein und hat daher auch die gleiche Arbeitsweise wie diese.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Verzögerung und zur Flankenversteilerung von Impulsen, bei der die Verzögerung durch ein eingangsseitiges Widerstands-Kondensator-Glied und die Flankenversteilerung durch einen ausgangsseitigen Verstärker mit Mitkopplung bewirkt wird, für integrierte Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Anschluß an den Steueranschluß des Verstärkers (11, 12 bzw. n, 7i2) angeschlossene und zum Widerstands-Kondensator-Glied (R1, R2, C) gehörende Kondensator (C) mit seinem anderen Anschluß an den Abgriff eines zur Mitkopplung dienenden Spannungsteilers (RK2, RK1) angeschlossen ist, dessen Enden an die Ausgangsanschlüsse des Verstärkers (11, 12 bzw. n, 72) angeschlossen sind.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus zwei ohmschen Widerständen (RK2, RK1) besteht und daß der in den Auflade-Entlade-Stromkreis des Widerstands- Kondensator-Gliedes (R1, R2, Q eingefügte Teil (RK1) des Spannungsteilers (RK1, RK2) einen Widerstandswert hat, der klein gegenüber den Widerstandswerten des Widerstands- Kondensator-Gliedes (R1, R2, C) ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker aus zwei in Kette geschalteten galvanisch gekoppelten Transistorstufen (71, 72) besteht.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Widerstands-Kondensator-Glied und den Verstärker (11, 12 bzw. n, 72) eine Schwellwertdiode (G)als Spannungsschwelle eingefügt ist.

   Schaltungsanordnungen zur Verzögerung und zur Flankenversteilerung von Impulsen sind bereits bekannt (siehe z. B. DT-AS 11 58 557; Siemens Halbleiter-Schaltbeispiele 1969, S. 128 bis 131). Solche Schaltungsanordnungen können mehr oder weniger kompliziert aufgebaut sein. Die Verzögerung wird in der Regel durch ein eingangsseitiges Widerstands-Kondensator-Glied zustande gebracht, während die Flankenversteilerung durch einen ausgangsseitigen Verstärker bewirkt wird, der mit einer Mitkopplung versehen ist. Diese Mitkopplung kann mit unterschiedlichen Schaltelementen zustande gebracht werden, wodurch sich dementsprechende Vorteile oder Nachteile ergeben.

   Es ist auch bereits eine Laufzeitschaltung bekannt, bei der das Verzögerungsglied zwischen die beiden Stufen eines zweistufigen Verstärkers eingefügt ist. Diese Laufzeitschaltung ist derart aufgebaut, daß sie eine besonders große Genauigkeit der Verzögerungsdauer hat (s. DT-OS 17 62 290). Die dafür vorgesehene Schaltungstechnik hat unter anderem zur Folge, daß derselbe Anschluß des zum Widerstands-Kondensator-Glied gehörenden Kondensators zugleich unter dem Einfluß der Signalspannung und der Mitkopplungsspannung steht. Dies ist dort einer der Gründe, die zur Folge haben, daß bei dieser bekannten Laufzeitschaltung die im folgenden angegebenen Vorteile der Erfindung nicht erzielbar sind.

   Die Erfindung zeigt nun einen Weg, bei dem auf neuartige Art und Weise die zur Mitkopplung dienenden Schaltungselemente mit dem Widerstands-Kondensator-Glied verbunden sind. Dabei ergeben sich Vorteile für die Dimensionierung dieser Schaltelemente gegenüber der bekannten Technik. Diese Vorteile erleichtern die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für integrierte Schaltungen. All dies wird sich noch im einzelnen bei der Erläuterung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigen.

   Die Erfindung geht also von einer Schaltungsanordnung zur Verzögerung und zur Flankenversteilerung von Impulsen aus, bei der die Verzögerung durch ein eingangsseitiges Widerstands-Kondensator-Glied und die Flankenversteilerung durch einen ausgangsseitigen Verstärker mit Mitkopplung bewirkt wird. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist für integrierte Schaltungen geeignet. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Anschluß an den Steueranschluß des Verstärkers angeschlossene und zum Widerstands-Kondensator-Glied gehörende Kondensator mit seinem anderen Anschluß an den Abgriff eines zur Mitkopplung dienenden Spannungsteilers angeschlossen ist, dessen Enden an die Ausgangsanschlüsse des Verstärkers angeschlossen sind. Zweckmäßigerweise wird der Spannungsteiler aus zwei ohmschen Widerständen aufgebaut. Es läßt sich ohne weiteres erreichen, daß die Widerstandswerte des Spannungsteilers so klein sind, daß sie in integrierten Schaltungen realisiert werden können. Weitere zweckmäßige Ausbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden an Hand von Ausführungsbeispielen noch erläutert.

   Die Erfindung wird im folgenden an Hand einiger Figuren näher erläutert. In den F i g. 1 und 2 sind Beispiele für Schaltungsanordnungen zur Verzögerung und zur Flankenversteilerung von Impulsen gezeigt, bei denen die Mitkopplung in einer Weise zustande gebracht wird, die Nachteile hat, welche durch die Erfindung zu vermeiden sind. In den Fig.3 und 4 sind Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gezeigt.

   Die in den F i g. 1 und 2 gezeigten Schaltungsanordnungen mit eingangsseitigen Widerstands-Kondensator-Gliedern und ausgangsseitigen Verstärkern mit Mitkopplung arbeiten in an sich bekannter Weise.

   Durch Betätigen des Arbeitskontaktes s wird einer derartigen Schaltungsanordnung ein Impuls zugeführt, der mit steilen Flanken verzögert über die Ausgangsklemme A weitergegeben wird. Die Verzögerung wird dabei durch Mitwirkung der Widerstände Ri, R2 und des Kondensators C zustande gebracht. Bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 wird die Flankenversteilerung durch Mitwirkung des Kondensators CK und bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig.2 durch Mitwirkung des Widerstandes RK zustande gebracht.

   Beide Schaltungselemente dienen zur Mitkopplung. Die Widerstände R3 dienen zur Entkopplung zwischen dem jeweils benutzten Widerstands-Kondensator-Glied und den in den Schaltungsanordnungen jeweils daran angeschlossenen weiteren Schaltungselementen.