DE2610841A1

DE2610841A1 - Schaltanordnung zur ableitung von impulsen definierter dauer aus einem triggersignal

Info

Publication number: DE2610841A1
Application number: DE19762610841
Authority: DE
Inventors: Helmut Fleischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-03-15
Filing date: 1976-03-15
Publication date: 1977-09-29
Also published as: SE7702844L; IT1115504B; GB1576840A; FR2345008A1; JPS52111767A; US4117355A

Description

. 3· 1976 Kü/Do

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1

Schaltanordnung zur Ableitung von Impulsen definierter Dauer aus einem Triggersignal

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ableitung von Impulsen mit definierter Dauer aus einem Triggersignal, mit einer monostabilen Kippstufe, deren die Dauer des instabilen Schaltzustandes bestimmendes Zeitglied mit einer SchaltfJanice des Triggersignales auf ein Potential diesseits des Schwellwertes eines nachgeschalteten Schwellwertschalters gesetzt wird.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art wird das aus einer RC-Kombination aufgebaute Zeitglied mit der positiven Planke des Tr igge"r signals auf einen Wert oberhalb des Schwellwertes eines nachgeschalteten Schwellwertschalters gesetzt. Der Kondensator dieses Zeitgliedes entlädt sich dann über den Widerstand, so daß nach einer bestimmten Zeitspanne der Schwellwert des Schwellwertschalter^ wieder unterschritten wird. Am

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Ausgang des Schwellwertschalters ist damit ein Impuls abgreifbar, dessen Dauer von der Zeitkonstante des Zeitgliedes und der Höhe des Schwellwertes abhängig ist. Nachteilig bei dieser Schaltung ist es, daß, jedenfalls bei billigen Schwellwertschaltern, der Schwellwert bei sich ändernder Temperatur nicht konstant bleibt. Damit ändert sich auch die Impuls zeit der am Ausgang des Schwellwertschalter abgegriffenen Impulse derart, daß es nicht in jedem Anwendungsfall in Kauf genommen werden kann. Mit oer Änderung der Impulsdauer ändert sich nämlich beispielsweise auch die am Ausgang eines unter Verwendung dieser bekannten Schaltungsanordnung aufgebauten Frequenzspannungsumsetzers abgegriffene Spannung, was besonders beim Eiⁿsatz derartiger Frequenzspannungsumsetzer im Kraftfahrzeug wegen der dort großen TemperaturSchwankungen selu· nachteilig ist.

Der Erfindung liegt der Aufgabe zugrunde, mit möglichst wenig schaltungstechnischem Aufwand diese Schaltung hinsichtlich des Temperaturverhaltens zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß.dieser Kippstufe eine zweite Kippstufe parall'elgesehaltet ist, deren Zeitglied mit einer vom Triggersignal abgeleiteten zweiten Schaltflanke auf ein Potential jenseits des Sehwellwertes eines nachgeschalteten Schwellwertschalters gesetzt wird, und die Ausgangssignale der beiden Schwellwertschalter zusammengefaßt werden.

Der Erfindung liegt also der Gedanke zugrunde, die durch Verschiebung des Schwellwertes sich ergebende Verkürzung des Impulses der einen Kippstufe durch Verlängerung des Impulses der anderen Kippstufe zu kompensieren. Nach Zusammenfassung der beiden Impulse steht damit am Ausgang ein Signal zur Verfügung, dessen zusammengefaßte Impulsbreite von der Temperatur praktisch nicht mehr abhängig ist.

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Wenn das Triggersignal symmetrisch ist und die Impulszeit größer ist als die Dauer der instabilen Phase der Kippstufen, wird man gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als zweite Schaltflanke die Rückflanke des Triggersignales ausnutzen. Mit jedem Trigger!mpuls entstehen dann am Ausgang der Schaltungsanordnung zwei zeitlich gegeneinander versetzte Impulse, deren Impulszeit im Idealfall gleichgroß ist. Verschiebt sich aber die Schwelle der Schwellwertschalter, wird die Impulszeit des einen Impulses kleiner, die des anderen dahingegen größer, so daß die zusammengefaßte Impulszeit dieser beiden Impulse annähernd konstant bleibt. Bei Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung für Frequenzspannungsumsetzer erreicht man wegen dieser Frequenzverdopplung eine geringere Walligkeit des Ausgangssignales, was für die Weiterverarbeitung sehr günstig ist.

Wenn Triggersignale verarbeitet werden sollen, deren Impulszeit kleiner ist als die Dauer der instabilen Phase der Kippstufe , wird man gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als zweite Schaltflanke die Rückflanke des Ausgangssignales eines Schwellwertschalters ausnutzen. Auch hierbei werden zwei Impulse erzeugt, doch liegen diese direkt aneinander, eine Frequenzverdopplung ist also nicht gegeben. Diese Schaltung hat aber den Vorteil, daß sie auch Impulse verarbeiten kann, deren Impulsdauer größer ist als die Dauer der instabilen Phase der Kippstufe. Sie ist also insbesondere für solche Anwendungsfälle geeignet, wo das Tastverhältnis des Eingangssignales sich ändert.

Wegen des sehr günstigen .Temperaturverhaltens der Schaltungsanordnung lassen sich nun die Schwellwertschalter gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung durch einfache Gatter, vorzugsweise gleichartige MOS-Gatter realisieren, die man vorzugsweise in einem Gehäuse unterbringen wird, so daß die temperaturabhängige Schwellwertverschiebung in allen Gattern gleichgroß ist.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Pig. I ein Schaltbild einer ersten Ausführung,

Fig. 2 an verschiedenen Punkten der Schaltung .meßbare Spannungs-Zeit-Diagramme,

Fig. 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 4 an verschiedenen Punkten dieser Schaltung meßbare Spannungs-Zeit-Diagramme.

Fig. 1 zeigt insgesamt einen Frequenzspannungsumsetzer, der die von einem Tachogenerator 10 gelieferte Wechselspannung in eine am Ausgang 11 meßbare frequenzproportionale Gleichspannung umwandelt. Die sinusförmige Wechselspannung des Tachogenerators 10 wird über einen Kondensator 12 einem Schmitt-Trigger 13 zugeführt, an dessen Ausgang als Triggersignal eine wenigstens annähernd symmetrische Rechteckspannung abgreifbar ist.

Die erste Kippstufe 20 ist aus der Reihenschaltung eines Kondensators 21 und eines an Masse 22 angeschlossenen Widerstandes 23 aufgebaut, wobei an dem gemeinsamen Verbindungpunkt 24 zwischen Kondensator und Widerstand ein Inverter 25 als Schwellwertschalter angeschlossen ist.

Parallel zu dieser ersten Kippstufe 20 ist eine zweite Kippstufe 30 geschaltet j deren Zeitglied ebenfalls aus der Reihenschaltung eines Kondensators 31 und eines an die Plusleitung angeschlossenen Widerstandes 33 besteht. Vom gemeinsamen Verbindungspunkt 34 dieses Kondensators 31 und des Widerstandes führt eine Leitung 35 zu dem einen Eingang eines nachgeschalteten UND-Gatters 36, welches einerseits als Schwellwertschalter für diese zweite Kippstufe 30 wirkt und andererseits die Signale

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beider Kippstufen zusammenfaßt. Dem UND-Gatter 36 ist ein Inverter 40 nachgeschaltet, dessen Ausgangssignal·einem aus dem Widerstand 41 und dem Kondensator 42 aufgebauten Mittelwertbildner zugeführt ist.

In der Praxis wird man das UND-Gatter 36 und den Inverter 40 zu einem NAND-Gatter zusammenfassen, damit alle Gatterbausteine der Schaltungsanordnung den gleichen Aufbau aufweisen. Ein solcher Baustein mit drei in er.nem Gehäuse zusammengefaßten NAND-Gattern ist im Handel erhältlich und sehr billig.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung wird auf Fig. 2 verwiesen, in der über der Zeit die Spannungsverläufe an den mit kleinen Buchstaben bezeichneten Schaltungspunkten dargestellt ist. Sobald die in Fig. 2a dargestellte Wechselspannung des Tachogenerators positiv wird,springt das Potential am Ausgang des Schmitt-Triggers 13 nahezu auf Massepotential. Mit der negativen Schaltflanke F^ des in Fig. 2b dargestellten Triggersignales wird gemäß Fig. 2e das Zeitglied der zweiten Kippstufe 30 gesetzt. Die Spannung am gemeinsamen Verbindungspunkt 34 springt mit der Schaltflanke F. des Triggersignales auf einen Wert unterhalb des Schwellwertes S des als Schwellwertschalter arbeitenden UND-Gatters 36. über den Widerstand 33 wird nun der Kondensator 31 aufgeladen, wie dies in Fig. 2e dargestellt ist.

Mit der positiven Schalt flanke F' des in Fig. 2b dargestellten Triggersignales wird dagegen das Zeitglied der Kippstufe 20 gesetzt. Mit dieser Schaltflanke springt nämlich auch das Potential am Schaltungspunkt 24 nahezu auf Versorgungsspannung und der Kondensator 21 entlädt sich über den Widerstand 23. Dieses Zeitglied wird also auf ein Potential oberhalb des Sehwellwertes S des nachgeschalteten, als Schwellwertschalter funktionierenden Inverters 25 gesetzt. Am Ausgang des Inverters 25 liegt zunächst positives Potential, während der Dauer der instabilen Phase der Kippstufe 20 jedoch nahezu Massepotential, wie dies in Fig. 2d dargestellt ist. In Fig. 2f ist das Signal am Ausgang des UND-Gatters dargestellt. Dieses Ausgangssignal existiert nur dann, wenn an beiden Eingängen ein Signal anliegt. Die in Fig. 2d und e

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dargestellten Signale werden also durch das UND-Gatter 36 zu dem in Fig. 2f dargestellten Signal zusammengefaßt. Fig. 2g zeigt schließlich das invertierte Signal gemäß Fig. 2f. In Fig. 2h ist der Spannungsverlauf am Ausgang des Mittelwertbildners dargestellt.

Aus den Abbildungen geht hervor, daß die Frequenz des Triggersignales verdoppelt wird, denn es wird die positive und die negative Schaltflanke eines jeden Triggerimpulses zur Auslösung eines Impulses ausgenutzt. Diese Frequenzverdopplung bewirkt eine Herabsetzung der Welligkeit des Ausgangssignales.

In den Diagrammen ist mit gestrichelten Linien eine aufgrund einer Temperaturerhöhung eingetretene Erhöhung des Schwellwertes S' und deren Wirkung eingezeichnet. Aus den Diagrammen 2c und 2d erkennt man, daß damit die Impulszeit dieses von der Kippstufe 20 abgegebenen Impulses von T^ auf T^' verkürzt wird. Aus den Diagrammen 2e und 2f geht dagegen hervor, daß die Impulszeit des von der Kippstufe 30 ausgelösten Signales von der Zeit Tp auf die Zeit T₂' vergrößert wird. Die Gesamtzeiten T. + Tp bzw. T ' + Tp' sind aber zumindest annähernd konstant, was sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dahingehend auswirkt, daß auch der Mittelwert der am Ausgang abgegriffenen Gleichspannung trotz Temperaturveränderung und damit verbundener Schwellwertverschiebung konstant bleibt und nur von der Frequenz des Eingangssignales abhängig ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist gedacht zur Auswertung von Signalen mit sich änderndem Tastverhältnis, wobei die Impulszeit der in Fig. 4a dargestellten Triggerimpulse kleiner sein darf als die Dauer der instabilen Phase der Kippstufe.

Das Triggersignal.wird über den Spannungsteiler aus den Widerständen 50 und 51 auf den einen Eingang eines NOR-Gatters 52 gegeben. An den Ausgang dieses NOR-Gatters 52 sind wieder in Parallelschaltung zwei Kippstufen 20 und 30 mit den Kondensatoren 21 und 31 und den Widerständen 23 und 33 angeschlossen. Der Schwellwertschalter der einen Kippstufe ist durch ein NOR-

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Gatter 53 realisiert, welches als Inverter arbeitet. Die Signale der beiden Kippstufen werden mittels des NOR-Gatters 54 zusammengefaßt, welches für die Kippstufe 20 zugleich als Schwellwertschalter arbeitet. Das Ausgangssignal dieses NOR-Gatters 54 wird durch ein weiteres als Inverter arbeitendes NOR-Gatter 55 invertiert. Die insoweit beschriebene Schaltung arbeitet genau wie die Schaltung nach Fig. 1, ist jedoch aus vier NOR-Gattern aufgebaut, die ebenfalls in einem Baustein zusammengefaßt sind, welcher für wenig Geld im Handel erhältlich ist.

Der wesentliche Unterschied zur Schaltung gemäß Fig. 2 besteht nun aber darin, daß das Ausgangssignal des Schwellwertschalters 53 über die Leitung 60 auf den zweiten Eingang des NOR-Gatters 52 rückgekoppelt ist. Durch diese Maßnahme wird - wie nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird - zum Setzen des Zeitgliedes der einen Kippstufe nicht immer eine· Schaltflanke des Eingangssignales, sondern ggf. die Rückflanke des Ausgangssignales dieses Schwellwertschalters 53 ausgenutzt.

Mit der positiven Flanke F. des in Fig. 4a dargestellten Triggersignales springt das Potential am Ausgang des NOR-Gatters 52 nahezu auf Massepotential. Gemäß Diagramm 4d springt damit auch die Spannung am gemeinsamen Verbindungpunkt 34 zunächst nach unten, so daß gemäß Diagramm 2e am Ausgang des NOR-Gatters 53 und damit am Eingang des .NOR-Gatters 52 positives Potential liegt. Aufgrund dieses positiven Potentials bleibt das Potential am Ausgang des NOR-Gatters 52 auch dann nahezu Null, wenn das Triggersignal verschwunden ist. Praktisch ist also eine Art Selbsthaltekreis gebildet.

Gemäß Diagramm 4d lädt sich nun der Kondensator 31 auf, bis beim Überschreiten der Schaltschwelle S des als Schwellwertschalter arbeitenden NOR-Gatters 53 der Selbsthaltekreis abgeschaltet wird. Das Aus gangs signal des NOR.-Gatters 52 springt jetzt auf nahezu Versorgungsspannung und bleibt auf diesem Wert bis zum Eintreffen des nächsten Triggerimpulses.

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Mit dieser Rückflanke F₂ dieses Ausgangssignales des Schwellwertschalters wird nun das Zeitglied der anderen Kippstufe 20 gesetzt, denn gemäß Fig. 4c springt nun das Potential am Verbindungspunkt 24 hoch und der Kondensator entlädt sich über den Widerstand 23. Aus den Diagrammen ¹Ic und 4d geht also hervor, daß wiederum das Zeitglied dar einen Kippstufe auf ein Potential unterhalb des Schwellwertes und das Zeitglied der anderen Kippstufe auf ein Potential oberhalb des Schwellwertes der nachgeschalteten Schwellwertschalter gesetzt wird.

Das Signal gemäß Diagramm ¹If stellt die Zusammenfassung der Signale gemäß Fig. 4e und 4c dar. Am Ausgang dieses NOR-Gatters 54 liegt immer dann kein Signal, wenn einer der beiden Eingänge ein Signal führt. Aus den Diagrammen in Fig. 4 geht hervor, daß das Ausgangssignal des NOR Gatters für die Dauer der instabilen Phase der einen Kippstufe plus der Dauer der instabilen Phase der anderen Kippstufe verschwindet. Es entstehen also nicht zwei zeitlich gegeneinander versetzte Impulse.

Durch gestrichelte Linien ist wiederum eine Schwellenverschiebung und deren Auswirkungen dargestellt. Man erkennt, daß die Dauer T. der instabilen Phase der einen Kippstufe auf den Wert T^' vergrößert wird, daß aber andererseits die Dauer Tp der instabilen Phase der anderen Kippstufe auf den Wert T ' verkleinert wird. Die Gesamtzeit T₁ + T„ ist auch bei sich ändernder Temperatur und bei der Verschiebung der Schwellen wenigstens annähernd gleich der Zeit T₁ ¹ +T₂ ¹.

Der Vorteil der Schaltung nach Fig. 3 besteht vor allem darin, daß Signale mit unterschiedlichem Tastverhältnis verarbeitet werden können. Beispielsweise kann diese Schaltung von einem induktiven Drehzahlgeber angesteuert werden oder aber auch von an der Zündung eines Kraftfahrzeuges abgenommenen Triggerimpulsen. In beiden Fällen ist bei gleicher Drehzahl die Ausgangsspannung gleichgroß.

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A Leerseite

Claims

Ansprüche

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IJ Schaltungsanordnung zur Ableitung von Impulsen mit definierter Dauer aus einem Triggersignal mit einer monostabilen Kippstufe, deren die Dauer des instabilen Schaltzustandes bestimmendes Zeitglied mit einer Schaltflanke des Triggersignals auf ein Potential diesseits des Schwellwertes eines nachgeschalteten Schwellwertschalters gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kippstufe (20) eine zweite Kippstufe (30) parallelgeschaltet ist, deren Zeitglied mit einer vom Triggersignal abgeleiteten zweiten Schaltflanke (Pp) auf ein Potential jenseits des Schwellwertes (S) eines nachgeschalteten Schwellwertschalter gesetzt wird und die Ausgangssignale der beiden Schwellwertschalter zusammengefaßt werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Schaltflanke (Fp) die Rückflanke des Triggersignales dient.

3- Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Schaltflanke die Rückflanke des Ausgangssignales eines Schwellwertschalters (53) dient.

4. Schaltungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschalter durch Gatter, vorzugsweise gleichartige MOS-Gatter realisiert sind, die in einem Gehäuse untergebracht sind.

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5·Schaltungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet j daß die beiden Kippstufen (20, 30) über ein logisches Gatter (36, 54) miteinander verknüpft sind, welches zugleich für die eine Kippstufe als Schwellwertschalter wirkt, während der Schwellwertschalter der anderen Kippstufe durch einen dem Gatter vorgeschaltenen Inverter (25 > 53) realisiert ist.

6. Schaltungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zeitglied aus der Reihenschaltung eines Kondensators (21. 31) und- eines Widerstandes (23,

33) aufgebaut ist, wobei dem gemeinsamen Anschlußpunkt beider Kondensatoren die aus dem Triggersignal abgeleiteten Schalt-flanken zugeführt sind und der Widerstand (23) des einen Zeitgliedes an Masse und der Widerstand (33) des anderen Zeitgliedes an Versorgungsspannung geschaltet ist, und daß die Schwellwertschalter an die gemeinsamen Schaltungspunkte (24,

34) der RC-Zeitglieder angeschlossen sind.

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