DE2515089A1

DE2515089A1 - Schaltungsanordnung zur erfassung von impulsen

Info

Publication number: DE2515089A1
Application number: DE19752515089
Authority: DE
Inventors: John Bedford; John Alexandre Sherrington
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1974-04-16
Filing date: 1975-04-07
Publication date: 1975-11-06
Also published as: FR2268397A1; US3983496A; JPS514943A; GB1461330A

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. HANS LEYH

DIPL.-TNG. ERNST RATHMANN

München 71,

Melchiorstr. 42

Unser Zeichen: A 13

FERRANTI LIMITED

Hollinwood-Lancashire

England

Schaltungsanordnung zur Erfassung von Impulsen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erfassung von Hochgeschwindigkeita-Impulsen.

Eine bekannte Schaltung dieser Art ist die bistabile Schaltung nach "Eccles-Jordan", die vom einen zum anderen ihrer zwei stabilen Zustände beim Anlegen eines Eingangssignales umschaltet. Die Änderung bzw, der Wechsel des Ausganges der Schaltung zeigt an, daß eine solche Umschaltung erfolgt ist und der bistabile Kreis wird dann in seinen ursprünglichen Zustand zurückgeschaltet. Diese Art eines Impuls-Detektors wird in asynchronen digitalen Systemen verwendet, wo er dazu dient, die relative Taktsteuerung von zwei Signalen, die von verschiedenen Quellen kommen, zu bestimmen. In diesem Fall ist die Breite des festgestellten Impulses direkt auf die relative Taktsteuerung der beiden asynchronen Signale bezogen.

Nachteilig bei einem solchen bistabilen Kreis ist dabei, daß der

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Impuls, der die Umschaltung bewirkt, langer als eine bestimmte Mindestdauer sein muß, um eine Umschaltung des Kreises zu bewirken. Ein Impuls, der zu kurz ist, bewirkt entweder keine Umschaltung des Kreises oder er bringt ihn in einen unbestimmten Zustand oder eine unbestimmte Stellung, aus der er viel Zeit benötigt, um den ursprünglichen Zustand wieder herzustellen. Die bistabilen Schaltungen nach Eccles-Jordan sind daher nicht zur Erfassung von Impulsen mit hoher Geschwindigkeit geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Impulsdetektor bzw. eine Schaltung zu schaffen, die die Erfassung von Hochgeschwindigkeits-Impulsen ermöglicht.

Gemäß der Erfindung wird dies erreicht durch eine Schaltungsanordnung mit einer Schmitt-Trigger-Stufe, die eine Übertragungscharakteristik mit einem unbegrenzten Verstärkungsbereich hat, wobei eine zweite Stufe mit der ersten Stufe verbunden ist, um eine bistabile Rückkopplungsschleife zu bilden, die eine Betriebscharakteristik mit einer unbegrenzten Verstärkungsschleife (gain loop) aufweist.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 ein logisches Diagramm eines Impulsdetektors zeigt.

Fig. 2 zeigt den Betrieb der Schaltung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Anwendung der Schaltung nach Fig. 1 und

Fig. 4 zeigt Wellenformen, die beim Betrieb der Schaltung nach Fig. 3 auftreten.

In Fig. 1 ist eine Eingangsklemme 10 der Schaltung an den Eingang

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einer TTL-Schaltung 11 mit offenem Kollektor gelegt. Der Ausgang des Tores 11 ist an einen Eingang einer ersten Stufe in Form einer Schmitt-Trigger-Schaltung 12 und an ein Widerstands-Kondensator-Netzwerk gelegt, wie dargestellt. Der Widerstand 13 ist an ein Potential +V und der Kondensator 14 ist an Erdpotential gelegt. Der Ausgang der Schmitt-Trigger-Schaltung ist an einen Eingang einer zweiten Stufe in Form eines Inverter-Tores 15 gelegt, dessen Ausgang an den anderen Eingang des Schmitt-Trigger-Kreises gelegt ist. An den anderen Eingang des Invertertores 15 kann ein Rückstellsignal RS gelegt werden.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 wird anhand von Fig. beschrieben.

Fig. 2a zeigt einen Eingangsimpuls wie er beispielsweise an die Eingangsklemme 10 gelegt werden kann. Die Wirkung des Tores 11 und des RC-Netzwerkes 13, 14 besteht darin, die nacheilende Flanke dieses Impulses zu verzögern. Wenn der Impuls angelegt wird, entlädt sich der Kondensator 14 und wenn der Impuls zu Ende ist wird der Kondensator refativ langsam über den Widerstand 13 aufgeladen. Der Impuls, der am Eingang der Schmitt-Trigger-Schaltung 12 erscheint hat somit die in Fig. 2b gezeigte Form. Die Schmitt-Trigger-Schaltung 12 hat zwei Schwellwert-Niveaus und diese Niveaus V . und V₁. liegen zwischen den Grenzen des Impulses nach

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Fig. 2b. Die Vorderflanke dieses Impulses fällt unter den unteren Schwellwert V_T und veranlaßt daher den Schmitt-Trigger-Kreis, seinen Zustand zu wechseln, wie in Fig. 2c gezeigt ist, und zwar ..ach einer Verzögerung von t, die gleich der Ausbreitungsverzögerung der Schaltung ist. Der Impuls nach Fig. 2b steigt langsam zum oberen Schwellwert V an, ehe dieser jedoch erreicht ist, läuft der Ausgang des Schmitt-Trigger-Kreises 12 durch das Tor 15 und hält den Eingang zum Schmitt-Trigger-Kreis unter diesem oberen Schwellwert. Fig. 2d zeigt den Zustand des zweiten Einganges zum Schmitt-Trigger-Kreis 12. In einem etwas späteren Zeitpunkt wird

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durch einen Rückstell-Impuls RS der Zustand des Einganges zum Schmitt-Trigger-Kreis (Fig. 2e) geändert bzw. umgeschaltet, so daß er in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehren kann.

Die Impuls-Dehnungsschaltung aus dem Tor 11 und dem Netzwerk 13, 14 ist erforderlich wenn kurze Impulse an die Eingangsklemme 10 gelegt werden sollen. Die Schmitt-Trigger-Schaltung ist besonders geeignet weil sie anders als die Eccles-Jordan-Schaltung mit einer vorgegebenen bzw. voraussagbaren Geschwindigkeit für jede Impulsbreite des Trigger-Signales reagiert. Der Zweck der Impulsdehnung ist der, ausreichend Zeit für die Umschaltung des bistabilen Kreises zu schaffen.

Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Anwendungsmoglichkeit der vorbeschriebenen Schaltung in Form einer asynchronen Prioritätsschaltung.

Die Schaltung hat zwei Eingangsklemmen A und B. An die Klemme A ist eine Schaltung der vorbeschrisbenen Art angeschlossen. Der Ausgang des Schrnitt-Trigger-Kreises 12 ist über ein Zwei-Eingangs-Unä-Tor 3O an eine Ausgangsklemme X gelegt. Die andere Eingangs-Klemme B ist mit einem konventionellen bistabilen Kreis verbunden, der aus zwei über Kreuz gekoppelten NAND-Toren 31 und 32 gebildet ist, wobei die Eingangskiemine B über ein NAND-Tor 33 mit einem der beiden Tore 31 und 32 verbunden ist. Der Ausgang des Tores 31 ist über ein UND-Tor 34 an eine Ausgangsklemme Y gelegt. Der Ausgang des Tores 15 ist an einen Eingang von jedem der Tore 34 und 35 gelegt, während der Ausgang des Tores 32 einen zweiten Eingang zum Tor 35 bildet. Der Ausgang des Tores 35 ist an die Eingänge der Tore 11 und 33 und an den Eingang einer Verzögerungsschaltung 36 gelegt. Der invertierte Ausgang der Verzögerungsschaltung 36 ist an die Eingang© der Tore 30 und 34 gelegt. Die Verzögerung der Schaltung 36 ist gleich der Äusbrsitungsverzögerung der Schaltung, die aus dem Tor 11, dem Schmitt-Trigger-Kreis 12

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und dem Tor 15 gebildet ist.

Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 3 wird anhand von Fig. beschrieben. An den Eingängen A und B erscheinen willkürlich Signale und die Funktion der Prioritätsschaltung besteht darin, sicherzustellen, daß das Signal am Eingang A Priorität vor dem Signal am Eingang B hat.

Im Ruhezustand wenn keine Eingänge anliegen und die beiden über Kreuz geschalteten Schaltkreise rückgestellt sind, stellen die Eingänge am Tor 35 sicher, daß die Tore 11 und 33 vorbereitet werden, um ein Eingangssignal durchzulassen. Zur gleichen Zeit sind die Tore 30 und 34 gesperrt wegen des Fehlens eines Ausganges vom Verzögerungskreis 36.

Wenn nun an den Eingang A ein Signal gelegt wird, schaltet der Schmitt-Trigger-Kreis 12 um und er wird gehalten durch den Wechsel im Ausgang vom Tor 15. Dies hat zur Folge, daß ein Eingang zum Tor 35 entfällt, womit auch der Ausgang von diesem Tor verschwindet, wodurch der Eingang zu den Toren 11 und 33, der diese Tore vorbereitet oder vorspannt, wegfällt. Zum gleichen Zeitpunkt wechselt der Eingang der Verzögerungsschaltung 36, so daß nach entsprechender Verzögerung das Tor 30 geöffnet wird und ein Ausgangssignal an die Klemme X gibt. Die Prioritätsschaltung ist gegen das Anlegen von weiteren Eingangssignalen geschützt bis ein Rückstellsignal RS an das Tor 15 gelegt wird.

Wird ein Eingangssignal nur an die Klemme B gelegt, so ist die Wirkung ähnlich, wobei der Ausgang jedoch an der Klemme Y erscheint.

Fig. 4a zeigt den Fall in welchem die beiden Eingangssignale gleichzeitig auftreten. Wenn beide bistabile Schaltungen mit derselben Geschwindigkeit reagieren, so wechseln die Ausgänge

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der Tore 15 und 32 zusammen. Der Wechsel des Ausgangs des Tores sperrt das Tor 34, so daß auch wenn ein Ausgang etwas später von der Verzögerungsschaltung 36 erscheint, das Tor 34 kein Signal zur Ausgangsklemme Y durchläßt. Andererseits wird das Tor 30 geöffnet und es erscheint ein Ausgangssignal an der Klemme X. Die Tore und 33 sind wie zuvor geschlossen, um ein Ansprechen auf weitere Eingangssignale zu verhindern und sie bleiben gesperrt bis die beiden bistabilen Schaltungen rückgestellt werden. Die Verzögerung beim Auftreten eines Signales an der Ausgangsklemme X, wie in Fig. 4a gezeigt ist, ist die Zeitverzögerung, die durch die Verzögerungsschaltung 36 bewirkt wird.

Fig. 4b zeigt den Fall in welchem ein Eingangssignal an die Klemme B gelegt wird kurz ehe ein Signal an die Klemme A gelegt wird. Die Schaltung spricht zunächst an, als ob nur das erste Eingangssignal existieren würde, d.h. die bistabile Schaltung mit den Toren 31 und 32 wechselt ihren Zustand. Damit wechselt von den drei Eingängen des Tores 34 derjenige, der vom Tor 31 kommt, seinen Zustand. Das Fehlen eines Ausgangs vom Verzogerungskreis verhindert, daß das Tor 34 öffnet, um das Signal zum Ausgang Y durchzulassen. Durch den Wechsel des Zustandes des Tores 32 wird ferner ein Eingang zum Tor 35 weggenommen. Vom Anlegen des Eingangssignales an die Klemme B bis zum Sperren der zwei Tore 11 und 33 verstreicht jedoch eine endliche Zeit T. Wenn innerhalb dieser Zeit T ein Eingangssignal an die Klemme A gelegt wird, so wird der Schmitt-Trigger-Kreis 12 getriggert. Das Tor 34 wird dann durch Wegfall des Ausganges vom Tor 15 gesperrt, so daß das an die Klemme A gelegte Eingangssignal doch Priorität vor dem an die Klemme B gelegten Signal erhält. Jedes Signal, das nach Ablauf der Zeit T an die Eingangsklemme A gelegt wird, wird durch das Tor 11 gesperrt.

Wenn eine Prioritätsschaltung der vorbeschriebenen Art mehr als zwei Eingänge hat, so steigt die Ansahl der Impulsschaltungen,

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die eine Schmitt-Trigger-Stufe enthalten. Da der Betrieb einer Prioritätsschaltung vom Vergleich jedes Eingangs mit jedem anderen Eingang abhängt, ist die Anzahl der erforderlichen Impulsschaltungen, die eine Schmitt-Trigger-Stufe haben, gleich (n - 1)! wenn η die Anzahl der Impulseingänge ist. Eine Prioritätsschaltung mit vier Impulseingängen erfordert somit sechs derartige Impulsschaltungen.

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Claims

Patentansprüche

1. ] Schaltungs-Anordnung zum Erfassen von Hochgeschwindigkeits^v Impulsen, gekennzeichnet durch eine Schmitt-Trigger-Stufe, die eine Übertragungscharakteristik mit einem unbegrenzten Verstärkungsbereich aufweist, ferner durch eine zweite Stufe, die mit der ersten Stufe gekoppelt ist, um eine bistabile Rückkopplungsschleife zu bilden, die eine Arbeitscharakteristik mit einer unbegrenzten Verstärkungsschleife aufweist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Stufe ein Tor aufweist, um den Eingang der Schaltung nach der Beendigung eines Eingangsimpulses aufrecht zu erhalten.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß an das Tor ein Eingang gelegt wird, um Rückstellimpulse anlegen zu können.

4. Prioritätsschaltung für Hochgeschwindigkeits-Impulse, dadurch gekennzeichnet , daß sie wenigstens einen Schaltkreis nach Anspruch 1 aufweist.

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