DE2543141C2 - Schmitt-Trigger für hohe Schaltgeschwindigkeiten - Google Patents

Description

zeichnet, daß ein erster Transistor ίΓΙ) vor- w Subnanosekundenbereich hegenden Schaltzeiten ergesehen ist, dessen Kollektoranschluß mit einem
ersten Signalausgang (A 1) und über einen ersten
Widerstand (Al) mit dem Bezugspotential (0)
verbunden ist, daß der Emitteranschluß des ersten

hebliche Speiseleistungen aufnehmen. Bei der Verwendung derartiger ECL-Schmitt-Trigger-Schaltungen, beispielsweise in ferngespeisten Regeneratoren von PCM-Systemen führt diese hohe Leistungsauf-

Transistors (Tl) mit einem Signaleingang (E) »5 nähme jedoch zu Schwierigkeiten da die Speise- und über einen, vierten Widerstand (Ä 4) mit dem leistung durch die Rauform des Nachrichtenkabel Anschluß für die Betriebsspannung (UB) verbunden ist, daß der Basisanschluß des ersten Tran

sistors (71) mit dem Basisanschluß des zweiten

begrenzt ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine Schmitt-Trigger-Schaltung mit Schaltzeiten im Sub

Transistors (T 2) und über einen dritten Wider- ao nanosekundenbereich zu entwickeln, die eine kleinere

Leistungsaufnahme als vergleichbare ECL-Schaltungen aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein erster Transistor vorgesehen ist, dessen Kollektoranschluß mit einem ersten Signalausgang und über einen ersten Widerstand mit dem Bezugspotential verbunden ist, daß der Emitteranschluß des ersten Transistors mit einem Signaleingang und über einen vierten Widerstand mit dem Anschluß für die

stand (R 3) mit dem Anschluß für das Bezugspotential (0) verbunden ist, daß der Kollektoranschluß des zweiten Transistors (T 2) mit einem zweiten Signalausgang (A 2), mit dem Basisanschluß des dritten Transistors (T 3) und über einen zweiten Widerstand (R 2) mit dem Bezugspotential (0) verbunden ist, daß der Kollektoranschluß des dritten Transistors (T 3) mit dem Bezugspotential (0) verbunden ist, daß der Emit

teranschluß des zweiten Transistors (T 2) über 30 Betriebsspannung verbunden ist, daß der Basiseinen fünften Widerstand (RS) mit dem einen anschluß des ersten Transistors mit dem Basisanschluß

Anschluß eines sechsten Widerstandes (R 6) und mit einem Anschluß eines siebenten Widerstandes (R 7) verbunden ist, dessen anderer Anschluß mit dem Emitteranschluß des dritten Transistors (T 3) verbunden ist, daß der andere Anschluß des sechsten Widerstandes (R 6) mit dem Anschluß für die Betriebsspannung (UB) verbunden ist und daß der fünfte Widerstand (R 5) und der des zweiten Transistors und über einen dritten Widerstand mit dem Anschluß für das Bezugspotential verbunden ist, daß der Kollektoranschluß des zweiten Transistors mit einem zweiten Signalausgang, mit dem Basisanschluß des dritten Transistors und über einen zweiten Widerstand mit dem Bezugspotential verbunden ist, daß der Kollektoranschluß des dritten Transistors mit dem Bezugs

siebente Widerstand (R 7) zur Einstellung jeweils 40 potential verbunden ist, daß der Emitteranschluß des

einer der beiden Umschaltschwellspannungen des Triggereinganges in ihrem Widerstandswert zwischen Null und einem Maximalwert einstellbar sind.

2. Schmitt-Trigger nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte, vierte und sechste Widerstand (R 3, R 4, R 6) durch Transistoren ersetzt sind.

3. Schmitt-Trigger nach Patentanspruch 1, da-

zweiten Transistors über einen fünften Widerstand mit dem einen Anschluß eines sechsten Widerstandes und mit einem Anschluß eines siebenten Widerstandes verbunden ist, dessen anderer Anschluß mit dem Emitteranschluß des dritten Transistors verbunden ist, daß der andere Anschluß des sechsten Widerstandes mit dem Anschluß für die Betriebsspannung verbunden ist und daß der fünfte Widerstand und der siebente Widerstand zur Einstellung jeweils einer

durch gekennzeichnet, daß in Reihe zum sieben- 50 der beiden Umschaltschwellspannungen des Triggerten Widerstand (R 7) zusätzlich mindestens eine einganges in ihrem Widerstandswert zwischen Null in Flußrichtung der Emitterdiode des dritten und einem Maximalwert einstellbar sind. Transistors (T 3) gepolte Diode, vorzugsweise Ein derartiger erfindungsgemäßer Schmitt-Trigger

vom Schottky-Barrier-Typ, geschaltet ist. besitzt neben der leichten Einstellbarkeit der Um-

schaltschwellspannungen außerdem den zusätzlichen Vorteil, daß keine Miller-Kapazitäten auftritt. Eine im Hinblick auf die leichtere Integrierbarkeit bevorzugte Ausführungsform des Schmitt-Triggers nach

-——-— der Erfindung besteht darin, daß der dritte, vierte

und sechste Widerstand durch Transistoren ersetzt sind. Die weiteren, in der Schaltung vorgesehenen Widerstände besitzen so niedrige Widerstandswerte, daß ihrer Integration keinerlei Schwierigkeiten entgegenstehen.

Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Schmitt-Triggers besteht darin, daß in Reihe zum siebenten Widerstand zusätzlich mindestens eine in Flußrichtung der Emitterdiode des dritten Transistors

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmitt-Trigger für hohe Schallgeschwindigkeiten, mit einer mindestens zwei Transistoren enthaltenden Logikschaltung und einem, zwischen einen der Ausgänge und einen der Eingänge geschalteten, eine positive Rück-

gepolte Diode, vorzugsweise vom Schottky-Barrier-Typ, geschaltet ist. Durch eine oder mehrere dieser Dioden ergibt sich eine Möglichkeit zur gemeinsamen Verschiebung beider Umschaltschwellspannungen.

Dadurch ist eine leichtere Anpassung an die Ausgäingspotentiale vorgeschalteter Stufen möglich.

An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausfüihrungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. Die Figur zeigt einen

terwiderständen RS, 6 des zweiten Transistors Γ 2 die Referenzspannung UR ab. Die Differenzspannung UE-UR bestimmt den Schaltzustand des basisgekoppelten Stromschalters, ist UE-UR größer als 0,1 Volt, dann leitet nur der zweite Transistor Γ 2, ist UR-UE größer 0,1VoIt₁ dann leitet nur der erste Transistor Tl.

Da gleiche Transistoren verwendet wurden und die Kollektorwiderstände R1 und R 2 ebenfalls

eifindungsgemäßen Schmitt-Trigger, der für Schalt- i° gleiche Widerstandswerte aufweisen, entstehen an zeiten im Subnanosekundenbereich konzipiert ist. Mit den Kollektoranschlüssen der Transistoren T1 und dem Eingang E des Schmitt-Triggers ist der Emitter- T 2 zueinander komplementäre Ausgangssignale asaschluß eines ersten npn-Transistors Tl und der gleicher Amplitude.

eine Anschluß eines vierten Widerstandes R 4 ver- Aus diesem basisgekoppelten Stromschalter entbunden, der andere Anschluß des Widerstandes R 4 15 steht durch den zusätzlichen Rückkopplungsweg über ist mit dem^nschluß für die Betriebsspannung UB den als Emitterfolger geschalteten Transistor Γ 3 ein

Schmitt-Trigger. Das Signal am Kollektoranschluß des Transistors TI wird über den Emitterfolger Γ 3 und die Widerstände R 5 und R 7 an den Emitter-A-nschluß für das Bezugspotential »0« verbunden, ao anschluß des Transistors Tl zurückgeführt. Durch Der Basisanschluß des ersten Transistors T1 ist mit diese Rückkopplung entsteht eine hystereseförmige dem Basisanschluß eines zweiten npn-Transistors Übertragungskennlinie für die Ausgangsspannung T 2 und über den Widerstand R 3 mit dem Anschluß UA am Ausgang A 1 beziehungsweise TJA am Ausfür das Bezugspotential »0« verbunden. Der KoI- gang Alm Abhängigkeit von der Eingangsspanlektoranschluß des zweiten Transistors 7 2 ist mit 35 dung UE. Bei Überschreiten einer oberen beziehungs-

verbunden. Der Kollektoranschluß des ersten Transistors T1 ist sowohl mit dem ersten Ausgang A 1 ails auch über einen ersten Widerstand R 1 mit dem

dem Basisanschluß eines dritten npn-Transistors T 3, mit dem zweiten Ausgangsanschluß A 2 und über einen zweiten Widerstand R 2 mit dem Anschluß für das Bezugspotential »0« verbunden. Der Emitteranschluß des zweiten Transistors T 2 ist über einen fünften und einen sechsten Widerstand RS, 6 mit dem Anschluß für die Betriebsspannung UB verbunden, während der Kollektoranschluß des dritten Transistors TS direkt auf dem Anschluß für das

weise beim Unterschreiten einer unteren Umschaltschwellspannung am Eingang des Schmitt-Triggers ändern sich dessen Ausgangsspannungen sprungartig.

Zur weiteren Erläuterung der Wirkungsweise des Schmitt-Triggers entsprechend der Figur sei zunächst angenommen, daß der Transistor Tl leitet und der Transistor T 2 sperrt. In diesem Falle betragen die Ausgangsspannungen beispielsweise UA = — 0,8 V

Bezugspotential verbunden ist. Der Emitteranschluß 35 und VA etwa OV. In diesem Zustand erzeugt der

des dritten Transistors 7" 3 ist über den siebenten Widerstand R 7 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem fünften und dem sechsten Widerstand Fl S, 6 verbunden. Als Widers ände wurden im vor-

dritte Transistor Γ 3 am Emitteranschluß des Transistors T 2 die als Referenzspannung wirkende Spannung UR.

Steigt die Eingangsspannung UE ungefähr auf den

liegenden Falle Chipswiderstände verwendet, die 40 Wert der Referenzspannung UR an, dann beginnt Widerstandswerte der Widerstände R 1 und R 2 be- der zweite Transistor T 2 ebenfalls zu leiten. Dadurch

fällt das Potential am Kollektoranschluß des Transistors T 2 ab, wodurch außerdem über den Emitterfolgertransistor T 3 ein Abfallen der Referenzspan-

tiragen 50 Ohm, der dritte Widerstand R 3 besitzt einen Widerstandswert von 1,8 kOhm, der Widerstandswert des vierten Widerstandes R 4 beträgt

100 Ohm, der des sechsten Widerstandes beträgt 45 nung UR bewirkt wird. Durch das Abfallen der 85 Ohm, die Widerstände R S und R 7 wurden auf Referenzspannung UR wird das Einschalten des

Transistors T 2 weiter beschleunigt. Bei Erreichen einer oberen Umschaltschwellspannung UEl am Eingang setzt ein Kippvorgang ein, nach dessen Ab-Schluß der Transistor Γ 2 leitet, während die Transistoren Γ1 und T 3 gesperrt sind. Der Spannungswert für UEl beträgt etwa — 0,2VoIt, die weitere Erhöhung der Eingangsspannung in Richtung positiver Potentiale über diesen Wert bleibt wirkungslos. Bei einer Verringerung der Eingangsspannung kippt der Schmitt-Trigger in den ursprünglichen Zustand zurück. Auf Grund der vorhandenen Rückkopplung erfolgt dieser Vorgang des Zurückkippens bei einer geringeren Eingangsspannung, die als un-

sehr hohen Schaltfrequenzen. Über einen gemein- 60 tere Umschaltschwellspannung UE 2 bezeichnet wersiamen Basiswiderstand wird den zusammengeführten den soll und bei — 0,6 Volt liegt. Es handelt sich also

um die bekannte Wirkungsweise eines Schmitt-Triggers. Die obere Schwellspannung UEl kann durch Verändern des Widerstandswertes des Widerwird. Die Ansteuerung der Stromschaltertransistoren 65 Standes R 7, die untere Schwellspannung UE 2 durch erfolgt an den jeweiligen Emitterwiderständen, da- Verändern des Widerstandswertes des Widerstandes bei fällt am Emitterwiderstand R 4 des ersten Tran- R S eingestellt werden. Damit sind beide Umschaltsistors die Eingangsspannung UB und an den Emit- schwellspannungen voneinander nahezu unabhängig

einen Widerstandswert von etwa 5 Ohm abgeglichen. Als Transistoren wurden npn-Mikrow?llen-Transistoren des Typs BFR 35 A verwendet, der Wert der Betriebsspannung UB betrug - 2,5 Volt.

Die Transistoren Tl und T 2 bilden zusammen mit den angeschlossenen Widerständen einen basisg;ekoppelten Stromschalter, der das Grundelement der basisgekoppelten Logikschaltungen bildet. Da die Übernahme der Ladungen im Schalterbetrieb von der Basis des einen zur Basis des anderen Transistors nur durch die Basisbahnwiderstände der Transistoren begrenzt ist, eignen sich derartige basisgekoppelte Logikschaltungen für den Einsatz bei

Basisanschlüssen beider Transistoren ein annähernd konstanter Strorr zugeführt, wodurch der Sättigungsbetrieb des jeweils leitenden Transistors vermieden

wählbar. Die Schaltzeiten des geschilderten Schmitt-Triggers liegen im Subnanosekundenbereich, die Leistungsaufnahme beträgt nur etwa die Hälfte im Vergleich zu der eines Schmitt-Triggers mit; einer ECL-Schaltung.

Der beschriebene Schmitt-Trigger kann direkt durch ECL-Schaltungen angesteuert werden.

Zur Anpassung an das Potential anderer Signalquellen, beispielsweise von BCL-Schaltungen, kann dem Eingang E ein Emitterfolger vorgeschaltet werden, der den Potentialbereich der Umschaltschwellspannungen um etwa 0,8 V verschiebt, so daß dann die Eingangsspannung im Potentialbereich der Ausgangsspannung liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schmitt-Trigger für hohe Schaltgeschwindigkeiten mit einer mindestens zwei Transistoren enthaltenden Logikschaltung und einem, zwischen einen der Ausgänge und einen der Eingänge geschalteten, ein positive Rückkopplung bewirkenden Transistor, dadurch gekcnnkopplung bewirkenden Transistor. Aus der Nachrichtentechnischen Zeitschrift 27 (1974), Heft 2, Seiten 61 bis 66, insbesondere Bild 9 auf Seite 65 ist ein derartiger Schmitt-Trigger bekannt. Der bekannte S Schmitt-Trigger besteht aus einer bekannten ECL-Grundschaltung mit einem Emitterfolger-Transistor im Rückkopplungszweig und einen dem Signaleingang vorgeschalteten Emitterfolger.

Es ist bekannt, daß ECL-Logikschaltungea mit im