DE2819524C3 - Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung - Google Patents

Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung

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DE2819524C3 DE2819524A DE2819524A DE2819524C3 DE 2819524 C3 DE2819524 C3 DE 2819524C3 DE 2819524 A DE2819524 A DE 2819524A DE 2819524 A DE2819524 A DE 2819524A DE 2819524 C3 DE2819524 C3 DE 2819524C3
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft cine taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung mit einer Vergleichsstufe, die ein Eingangssignal aufnimmt und aus diesem periodisch logische Pegel festlegt.
Taktgesteuerte Vergleichsschaltungcn der vorstehend genannten Art sind beispielsweise aus der PR-PS 43 039 bekannt. Bei einer solchen einstufigen Vergleichsschaltung müssen zwei Funktionen, nämlich sowohl die Fun! tion eines Verstärkers als auch eines Puffeis gleichzeitig nebeneinander durchgeführt werden. Um zu den gewünschten Ergebnissen zu gelangen, wird ein symmetrisches lechteckförmigcs Taktsignal mit einem Tastverhältnis von 0,5 verwendet, so daß die Vergleichsschaltung abwechselnd beide Funktionen ausübt, wobei jeweils eine Funktion für 50% der Zeit wirksam ist. Die Ergebnisse der Vergleichxcnlscheidung stehen am Ausgang der Vergleichsschaltung lediglich im Pufferbereich der Taktperiode zur Verfügung. Hei
'>■) größeren Tuktfolgefrcqucn/.cn, bei denen die Taktperiode sehr klein wird, werden die Perioden, in denen Ausgangsdate.i zur Verfügung stehen, noch kleiner, wobei ein Punkt erreicht wird, in dem eine Datenüber-
tragung zu anderen Schaltungen nicht mehr möglich wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine taktgesteuerte Vergleichsschaltung der in Rede stehenden Art anzugeben, bei der Ausgangsdaten in der gesamten Taktperiode zur Verfügung stehen.
Insbesondere soll eine solche taktgesteuerte Vergleichsschaltung, welche selbst hochwertig ist mit nicht hochwertigen Obertragungs- und Verarbeitungsschaltungen kompatibel sein. Ό
Diese Aufgabe wird bei einer taktgesteuerten Spannungsvergleichsschaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst: eine an die Vergleichsstufe angekoppelte Verstärkerstufe zur Verstärkung der logischen Pegel und an die Vergleichsstufe und die Verstärkerstufe angekoppelte, die logischen Pegel bis zur Festlegung neuer logischer Pegel haltende Puffer.
Bei der vorstehend definierten erfit.dungsgemäßen takigesteuerten Spannungsvergleichsschaltung handelt es sich um eine Master-Slave-Anordnung.
Dabei sind eine Master-Vergleichsstufe und eine Slave-Vergleichsstufe in Kaskade geschaltet, so daß die Ausgangssignale der Master-Vergleichsstufe auf die Eingänge der Slave-Vergleichsstufe gekoppelt werden. Steuerkreise sind dabei so ausgebildet, daß die Master-Vergleichsslufe und ein Slave-Puffer sowie ein Master-Puffer und die Slave-Vergleichsstufe jeweils zusammen wirksam geschaltet werden. Wenn dabei ein Takteingangssignal auf tiefem Pegel liegt, so arbei'et die Master-Stufe als Differenzverstärker, während die Slave-Stufe auf dem vorangehenden Entscheidungszustand der Master-Stufe gehalten wird. Tritt im Taktsignal ein Übergang von einem tiefen zu einem hohen Pegel auf, so wird die Master-Stufe in einem Entscheidungszustand gehalten, der durch die differentiellc Eingangsspannung für die Master-Stufe unmittelbar vor dem Taklsprung bestimmt ist. Liegt das Takteingangssignal auf hohem Pegel, so arbeitet die Slave-Stufe als Verstärker, so daß dann der Entscheidungszustand der Master-Stufe auf die Ausgänge weitergegeben wird. Kehrt das Taktsignal auf seinen tiefen Pegel zurück, so hält die Slave-Stufe die Ausgänge im laufenden Entscheidungszustand, bis der nächste Übergang des Taktsignals von einem tiefen zu einem hohen Pegel auftritt. Auf diese Weise wird der E":itscheidungS7.ustand als gültiges Datcnausgangssignal für die gesamte Tal-'periode gehalten, so daß eine ausreichende Zeit für i...chloigcnde Übertragungs- und Verarbeitungskreise zur Ausnutzung der Daten zur Verfügung steht.
Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
F i g. I ein Gesamtblockschaltbild einer erfindungsgemäßen Spannungsvergleichsschaltung in Form einer Master-Slave-Anordnung;
Fig. 2 ein Zeitdiagramn: \ :n in der Schaltung nach F i g. I auftretenden Signalen; und
F i g. 3 ein detailliertes Schaltbild einer erfindungsgemäßen taktgestcucrtcn Spannungsvergleichsschallung in Form einer Mastcr-Slave-Anordnung.
Gemäß dem Gcsaintblockschiiltbild nach Fig. 1 b5 enthält eine taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaitung in Form einvr Master-Slave-Anoidnung eine Master-Stufe mit einem Differenzverstärker 10 und einem Puffer 12 sowie eine Slave-Stufe mit einem Differenzverstärker 16 und einem Puffer 18. Die Master-Stufe und die Slave-Stufe sind dabei in Kaskade geschaltet, so daß das komplementäre Ausgangssignal des Differenzverstärkers 10 in den Eingang des Differenzverstärkers 16 eingespeist wird. Für die Master-Stufe ist eine erste Konstantstromquelle 20 vorgesehen, so daß über einen Schalter 22 in im folgenden noch zu beschreibender Weise in den Differenzverstärker 10 oder den Puffer 12 ein konstanter Strom als Betriebsstrom eingespeist wird. Entsprechend ist für die Slave-Stufe eine zweite Konstantstromquelle 26 vorgesehen, so daß über einen Schalter 28 entweder in den Differenzverstärker 16 oder den Puffer 18 ein konstanter Strom als Betriebsstrom eingespeist wird. Die Schalter 20 und 28 sind mit einer Taktsignalquelle 30 gekoppelt, um sie beide wiederholt mit einer vorgegebenen Folgefrequenz zunächst in eine mit a und sodann in eine mit b bezeichnele SchahersleUung zu schallen. Die Schalter 22 und 28 können praktisch jeweils durch ein emittergekoppeltes Transistorpaar gebildet werden, die durch das sich wiederholende Taktsignal so geschaltet werden, daß der Konstantstrom abwechselnd über den Schalterkontakt a bzw. b fließt.
Anhand des Zeitdiagramms nach Fig. 2 sei nun die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 erläutert. Über Differenzeingänge 34 wird ein analoges Eingangssignal Vein in den Differenzverstärker 10 eingespeist. Den folgenden Ausführungen wird ein rechtecklörmiges Eingangssignal Vf1n zugrunde gelegt. Es ist dabei jedoch zu bemerken, daß das Eingangssignal generell durch ein Analogsignal beliebiger Form gebildet werden kann, in einem Zeitpunkt T0 stehen die Schalter 22 und 28 in der Schalterstellung <j, während das Eingangssignal Vcm abfällt, aber gegenüber einem Entscheidungspegel positiv ist. Der Differenzverstärker 10 ist aktiv, so daß aus dem Eingangssignal V„-„ ein verstärktes Signal Vn, entsteht. Da es sich bei dem Diagramm nach Fig. I nicht um eine spannungsorienticrtc, sondern um eine logisch orientierte Darstellung handelt, erscheint das Signal Vn, mit dem Signal Vt.,-n in Phase. Es ist jedoch klar, daß das Signal Vn, spannungsmäßig ausgedrückt gegenüber dem Signal Vcin invertiert ist. Das Signal Vn, befindet sich also im Zeitpunkt 7o in einem Übergangszustand von einer logischen Eins zu einer logischen Null, wobei es jedoch über dem Entscheidungspegel liegt. Während dieser Zeit ist aufgrund des über den Schalter 28 fließenden Stromes der Differenzverstärker 16 abgeschaltet und der Puffer 18 eingeschaltet. Im Zeitpunkt 7"o wird das Ausgangssignal Vllm daher auf dem logischen Pegel 1 gehalten, was genau dem vorangehenden Zustand des Eingangssignal K„„entspricht.
Im Zeitpunkt Γι ändert das Taktsignal seinen Wert, so daß die Schalter 22 und 28 in die Schalterstellung b geschaltet werden, so daß der Differenzverstärker 10 und der Puffer 18 abgeschaltet und der Puffer 12 und der Differenzverstärker 16 eingeschaltet werden. Vor dem Zeitpunkt 7] hat das Eingangssignal Vt.„, den Entscheidungspegel durchschritten, so daß das Ausgangssignal V,„des Differenzverstärkers 10 im Zeitpunkt 7Ί auf dem logischen Pegel 0 gehalten wird. Das Ausgangssignal Km, schaltet vom logischen Pegel I auf den logischen Pegel 0, da der Differenzverstärker 16 nunmehr wirksam ist und das Signal V11, verstärkt.
Im Zeitpunkt T2 schaltet das Taktsignal um, wodurch die Schalter 22 und 28 in die Schalterstellung a
geschaltet werden. Der Puffer 18 schaltet nunmehr ein, wodurch das Ausgangssignal Va„., auf dem logischen Pegel 0 gehalten wird, während der Differenzverstärker 10 neue Daten tastet. Aufgrund der vorstehend erläuterten Maste-Slave-Wirkung bleibt das Ausgangssignal Vaus für UiC gesamte Periode zwischen den Zeitpunkten Γι und Tz bzw. für eine vollständige Taktperiode auf dem logischen Pegel 0.
Der vorstehend erläuterte Vorgang wiederholt sich, wobei ersichtlich das Ausgangssignal Vaus für die gesamten Taktperioden Tz bis Ts und T5 bis Ti auf dem logischen Pegel 1 bleibt, da die in den Zeitpunkten T1 und T5 getasteten Werte des Eingangssignals Vc,„ über dem Entscheidungspegel liegen. Im Zeitpunkt Tj liegt der getastete Wert des tingangssignais Ve,„ unterhalb des Entscheidungspegels, so daß das Ausgangssignal Vaus für die Periode Ty bis T9 auf dem logischen Pegel 0 liegt.
Fig. 3 zeigt ein detailliertes Schaltbild einer taktgesteuerten Spannungsvergleichsschaltung in Form einer Master-Slave-Anordnung. Jede Stufe wird dabei durch einen getakteten Vergleichskreis gebildet, wie er in der oben genannten FR-PS 13 43 039 beschrieben ist.
Die Master-Stufe wird durch emittergekoppelte Eingangstransistoren 50 und 52 gebildet, welche mit Puffertransistoren 54 und 56 kreuzgekoppelt sind. Der größte Teil des Betriebsstroms für diese Transistorpaare wird durch eine Konstantstromquelle 60 gebildet und über einen Transistor 62 und 64 enthaltenden Stromschalter geführt. In Basisschaltung betriebene Transistoren 66 und 68 bilden mit den Transistoren 50 und 52 jeweils eine Kaskode-Stufe, um die Eingangsstufe von im Puffer entstehenden Spannungssprüngen zu trennen. Emitterfolger mit Transistoren 70 und 72 sowie Widerständen 74 und 76 sind zwischen die Kollektoren der Transistoren 66 und 68 sowie die Basen der Puffertransistoren 54 und 56 gekoppelt. Die Puffertransistoren 54 und 56 sind durch einen über einen Widerstand 78 gelieferten kleinen Strom auf den Einschalt-Schwellwert vorgespannt. Eine derartige Vorspannung des Puffers stellt eine große Schaltgeschwindigkeit sicher. Die Kollektoren der Transistoren 66 und 56 liegen über einen Lastwiderstand 80 an einer Spannungsquelle mit einer Spannung + K während die Kollektoren der Transistoren 68 und 54 entsprechend über einen Lastwiderstand 82 an einer Spannungsquelle mit einer Spannung + V liegen. Die Ausgangssignale der Master-Stufe werden von diesen Kollektoren abgenommen.
Die Slave-Stufe wird durch emittergekoppelte Ein-
aanactrflncictnrpn QO nnrl Q*> c«-*\i/ip \sre*ii-rctr>knnrif:>\ip
Puffertransistoren 94 und 96 gebildet. Eine Konstantstromquelle 100 liefei t den größten Teil des verfügbaren Betriebsstroms für das Eingangstransistorpaar und das Puffertransistorpaar, wobei dieser Betriebsstrom über einen durch Transistoren 102 und 104 gebildeten Schalter geführt wird. Emitterfolger mit Transistorei IiO und 112 sowie Widerständen 114 und 116 sine zwischen die Kollektoren der Transistoren 90 und 9: sowie die Basen der Puffertransistoren 94 und 9( geschaltet. Über einen Widerstand 118 wird ein kleine Strom geliefert, um das Puffertransistorpaar 94 und 9( in den Bereich des Einschalt-Schwellwertes vorzuspan nen. Die Eingangsspannung Vn, von der Master-Stufe wird den Transistoren 90 und 92 über Emitterfolger mi Transistoren 130 und 132 sowie zugehörigen Emitter widerständen 134 und 136 zugeführt. Zener-Dioden 13i und 140 erzeugen eine derartige Spannungspegelver Schiebung, daß die Arbeitspunkte der Slave-Stufe gleicl denen der Master-Stufe sind. Die Kollektoren de Transistoren 90 und % sind über einen Lastwiderstanc 140 an eine Spannungsquelle mit einer Spannung + 1 geführt, während die Kollektoren der Transistoren 9; und 94 entsprechend über einen Lastwiderstand 146 ai eine Spannungsquelle mit einer Spannung 4- V geführ sind.
Der taktgesteuerten Master-Slave-Spannungsver gleichsschaltung wird das analoge Eingangssignal Vn an Eingangsklemmen 160 und 162 und das Taktsignal ar Klemmen 166 und !68 zugeführt. Diese Signale habei dabei die in Fig. 2 dargestellte Form. Das Ausgangs Datensignal Vaus wird an Ausgangsklemmen 180 und 18; abgenommen. Im Zeitpunkt 7i sind die Stromschalttran sistoren 62 und 104 leitend, während die Transistoren 6< und 102 gesperrt sind, so daß die Differenzverstärker transistoren 50 und 52 der Master-Stufe und di( Puffertransistoren 94 und 96 der Slave-Stufe Stron erhalten. Im Zeitpunkt 71 sind die Transistoren 62 unc 104 gesperrt, während die Transistoren 64 und 1Oi durchgeschaltet sind, so daß nunmehr der Puffer dei Master-Stufe und der Differenzverstärker der Slave Stufe Strom erhalten. Im Zeitpunkt Γ2 werden die Stromschalttransistoren erneut geschaltet, so daß siel· die Sequenz wiederholt. Die Funktion entspricht dabe der Funktion der Schaltung nach Fig. 1. Die Master- und Slave-Stufen werden also abwechselnd geschaltet wobei die Master-Stufe zunächst das Eingangssigna tastet, während die Slave-Stufe im vorangehender Entscheidungszustand der Master-Stufe gehalten wird Sodann wird die Master-Stufe in dem durch die
4·: getastete differentielle Eingangsspannung bestimmter Entscheidungszustand gehalten, während die Slave-Stu fe die neuen Entscheidungsdaten auf die Ausgangsklem men 180 und 182 überträgt. Die Master-Stufe taste erneut die Eingangsspannung, während die Slave-Stufe im vorhergehenden Entscheidungszustand der Master Stufe gehalten wird. Aus den vorstehenden Eriäuierun gen ergibt sich, daß die Daten an den Ausgangsklemmer 180 und 182 während einer vollständigen Taktperiode gehalten werden, wodurch eine langsame Übertragung der Daten auf nachfolgende Schaltungen möglich wird.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung mit einer Vergleichsstufe, die ein Eingangssignal aufnimmt und aus diesem periodisch logische Pegel festlegt, gekennzeichnet durch eine an die Vergleichsstufe (10) angekoppelte Verstärkerstufe (16) zur Verstärkung der logischen Pegel und durch an die Vergleichsstufe (10) und die Verstärkerstufe (16) angekoppelte, die logischen Pegel bis zur Festlegung neuer logischer Pegel haltende Puffer (12 bzw. 18).
2. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch Kreise (20, 22„ 30 bzw. 26, 28, 30) zur Steuerung der Vergleichsstufe (10), der Verstärkerstufe (16) sowie der Puffer(12,18) in einer vorgegebenen Sequenz.
3. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkreise (20, 22, 30 bzw. 26, 28, 30) Stromgeneratoren (20, 26; 60, 100), Schalterstufen (22, 28) sowie eine Taktsignalquelle (30) enthalten und daß eine Schaltstufe (22) zur Betriebsstromzuführung zur Vergleichsstufe (10) dient.
4. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterstufen (22, 28) durch Transistorstufen (62, 64; 102, 104) gebildet sind, welche durch die Taktsignale selektiv angesteuert sind.
!5. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer (12, 18) an den Ausgang der Vergieichsstufe (10) bzw. der Verstärkerstufe (16) angekoppelt sind.
(i. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkreise (20, 22, 30; 26, 28, 30) abwechselnd zunächst die Verglcichsstufc (10') und den an den Ausgang der Verslärkcrstufe (16) gekoppelten Puffer (18) und sodann die Verstärkerstufe (16) und den an den Ausgang der Vergleichsstufe (10) gekoppelten Puffer (12) wirksam schalten.
7. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsstufe (10) durch ein erstes emittergekoppeltes Transistorpaar (50,52) gebildet ist, dessen Basen durch das Eingangssignal (Veii) angesteuert sind, daß die Verstärkerstufe (16) durch ein zweites emittergekoppeltes Transistorpaar (90, 92) gebildet ist, dessen Basen an die Kollektoren der Transistoren (50, 52) des ersten Paars angekoppelt sind, daß ein drittes emittergekoppeltes Transistorpaar (54, 56), dessen Kollektoren mit den Kollektoren der Transistoren (50, 52) des ersten Paars kreuzgekoppelt sind, den Puffer (12) am Ausgang der Vergleichsstufe (10) bildet, und daß ein viertes emittergekoppeltes Transistorpaar (94, 96), dessen Kollektoren mit den Kollektoren der Transistoren (90, 92) des zweiten Paars kreuzgekoppelt sind, den Puffer (18) am Ausgang der Verstärkerstufe (16) bildet.
8. Taktgesteuerte Spannungsvcrgleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der Transistoren des ersten bis vierten Paars (50, 52; 90,92; 54,56; 94, 96) über die Schalterstufen (22, 28) selektiv an die
Stromgeneratoren (60,100) ankoppelbar sind.
9. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallerstufen (22, 28) durch jeweils ein emittergekoppeltes Transistorpaar (62, 64 bzw. 102, 104) gebildet sind und daß die Kollektoren der Transistoren dieser Paare derart an das erste bis vierte Transistorpaar (50,52; 90,92; 54, 36; 94, 96) angekoppelt sind, daß zunächst gleichzeitig das erste und dritte Transistorpaar (50, 52; 54, 56) wirksam geschaltet und das zweite und vierte Transistorpaar (90, 92; 94, 96) abgeschaltet sind und sodann das erste und dritte Transistorpaar (50, 52; 54, 56) abgeschaltet und das zweite und vierte Transistorpaar (90, 92; 94, 96) wirksam geschaltet sind.
10. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Vergleichsstufe (10) und die Verstärkerstufe (16) bildenden Transistorpaare (50, 52 bzw. 90, 92) Differenzverstärker bilden, die als Master-Slave-Anordnung geschaltet sind und bei denen der Ausgang des die Vergleichsstufe (10) bildenden Differenzverstärkers (50, 52) an den Eingang des die Verstärkerstufe (16) bildenden Differenzverstärkers (90, 92) angekoppelt ist, und daß die Steuerkreise (20, 22, 30 bzw. 26, 28, 30) derart an die Differenzverstärker (50,52; 90,92) und die Puffer (12, 18) angekoppelt sind, daß abwechselnd jeweils ein Differenzverstärker wirksam geschaltet ist und jeweils der Puffer (12 bzw. 18) dann wirksam geschaltet ist, wenn der zugehörige Differenzverstärker abgeschaltet ist.
11. Taktgesteuerte Spannungsverglcichsschaltung nach einem der Ansprüche I bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltcrstufcn (22, 28) der Steuerkreise (20, 22, 30; 26, 28, 30) durch die Taktsignale derart angesteuert sind, daß der von den Stromquellen (20, 26; 60, 100) gelieferte Betriebsslrom den Differenzverstärkern (50, 52; 90, 92) und den Puffern (12; 54,56; 18; 94,96) selektiv zugeführt wirJ.
DE2819524A 1977-05-05 1978-05-03 Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung Expired DE2819524C3 (de)

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