DE3531033A1 - Monostabile kippstufe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine monostabile Kippstufe, be­ stehend aus einem Schaltwerk, dem ein digitales Trigger­ signal am Eingang zugeführt ist und das ein digitales Ausgangssignal mit konstanter Impulsbreite erzeugt.

Monostabile Kippstufen dienen der Erzeugung zeitkonstan­ ter Impulse, deren Impulsdauer bei analoger Realisierung durch Zeitglieder mit beispielsweise Widerstands-Kondensa­ tor-Kombinationen erfolgt. In der digitalen Realisierung werden zur Erzeugung der Impulsdauer Zählerbausteine ver­ wendet.

Insbesondere bei bestimmten Anwendungsgebieten, wo mit empfindlichen Störspannungseinflüssen zu rechnen ist, können diese Störsignale zur unerwünschten Triggerung die­ ser monostabilen Kippstufen führen. Außerdem sind bei ana­ loger Realisierung der monostabilen Kippstufen die Zeit­ glieder mit Toleranzen und Temperaturkoeffizienten be­ haftet, was zu unerwünschten Variationen der Impulsdauer führen kann. Hinzu kommt, daß die meisten bekannten mono­ stabilen Kippstufen nur von einer Schaltflanke eines Trig­ gersignals, beispielsweise der Low-High-Flanke getriggert werden können.

Deshalb liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, eine monostabile Kippstufe anzugeben, die auf bei­ de Flanken eines Triggersignals anspricht, sehr genau ist und Störspannungssignale, die dem Triggersignal überla­ gert sind, unterdrückt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schaltwerk aus identischen, symmetrisch angeordne­ ten Schaltwerksteilen aufgebaut ist, wobei durch den einen Teil die High-Low-Flanke und durch den anderen Teil die Low-High-Flanke des Triggersignals zur Bildung des Ausgangssignals herangezogen wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung er­ geben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführunsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 Ein Schaltbild für eine monostabile Kippstufe.

Fig. 2a Den Signalverlauf des Triggersignals mit über­ lagerten Störungen.

Fig. 2b Das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe.

Fig. 2c Das Taktsignal U _Takt mit der Frequenz f ₁.

Das in der Fig. 1 dargestellte Schaltbild für eine mono­ stabile Kippstufe besteht aus einer Tristate-Eingangs­ stufe 1, deren Eingang das Triggersignal U _Tr zugeführt ist und das die zueinander komplementären Ausgangssignale U _a und U _b liefert. Diese steuern identische und symmetrisch angeordnete Teile A und B eines Schaltwerkes W an.

Das Schaltwerk W hat zur Erzeugung einer Taktfrequenz einen Oszillator 10, der eine relativ hohe Frequenz f ₀ erzeugt, die über eine Vorteilerstufe 11 in die niedri­ gere Frequenz f ₁ umgesetzt wird und die eigentliche Taktfrequenz für die Komponenten des Schaltwerkes dar­ stellt.

Die Teile A und B des Schaltwerkes bestehen aus je ein­ nem AND-Gatter 3 bzw. 18 mit je drei Eingängen. Dabei wird dem ersten Eingang des Gatters 3 das Signal U _a und dem entsprechenden ersten Eingang des Gatters 18 das zu U _a komplementäre Signal U _b zugeführt. Die zwei­ ten Eingänge der beiden Gatter werden von der Takt­ frequenz f ₁ angesteuert. Das Ausgangssignal der beiden AND-Gatter 3 bzw. 18 steuert jeweils den Takteingang T ₁, bzw. T ₂ zweier Zählerstufen 4 bzw. 14 an, deren Ausgangs­ signale über sich entsprechende Negationsglieder 13 bzw. 17 jeweils dem dritten Eingang der AND-Gatter 3 bzw. 18 zugeführt sind.

Die beiden Ausgangssignale U _a bzw. U _b der Tristate- Eingangsstufe 1 werden über je ein Negationsglied 2 bzw. 19 einem Eingang zweier weiterer AND-Gatter 5 bzw. 15 zugeführt.

Der jeweils andere Eingang der weiteren AND-Gatter 5 bzw. 15 wird vom Ausgang zweier OR-Gatter 20 bzw. 21 ange­ steuert.

Der Ausgang der weiteren AND-Gatter 5 bzw. 15 ist dem jeweiligen Reset-Eingang R ₁ bzw. R ₂ der einander ent­ sprechenden Zählerstufen 4 bzw. 14 zugeführt. Der eine Eingang des OR-Gatters 20 bzw. 21 wird über ein Nega­ tionsglied 22 bzw. 23 vom Ausgang der Zählerstufe 4 bzw. 14 angesteuert. Der andere Eingang des OR-Gatters 20 wird vom Ausgang der Zählerstufe 14 und der andere Ein­ gang des OR-Gatters 21 vom Ausgang der Zählerstufe 4 an­ gesteuert.

Der Ausgang der Zählerstufe 4 bzw. 14 wird jeweils dem Eingang eines Speichergliedes 6 bzw. 16 zugeführt, de­ ren Ausgänge über ein drittes OR-Gatter 8 miteinander verknüpft sind. Der Ausgang des OR-Gatters 8 ist direkt dem Reset-Eingang R ₆ eines Zeitgliedes 24 und über ein Negationsglied 9 dem Reset-Eingang R ₅ eines Pulsfor­ mers 7 zugeführt, dessen Eingang von der Taktfrequenz f ₁ angesteuert wird.

Der Ausgang des Pulsformers 7 steuert die beiden Reset- Eingänge R ₃, R ₄ der Speicherglieder 6 bzw. 16 an. Vom Vorteiler 11 wird mit der Taktfrequenz f ₁ das Zeit­ glied 24 über dessen Eingang T ₆ angesteuert, dessen Aus­ gang einer Verstärkerstufe 12 zugeführt ist, die das Ausgangssignal U _Out liefert, und das Ausgangssignal des Zeitgliedes 24 steuert seinen Inhibit-Eingang I an.

Die Funktion der monostabilen Kippstufe in der Ausführungs­ form der Fig. 1 wird anhand der Fig. 1, 2a, 2b und 2c erläutert. Die Fig. 2a zeigt den zeitlichen Verlauf eines Triggersignals U _Tr , dem Störspannungsspitzen U _St überlagert sind.

Mit den beiden Schaltflanken, der High-Low Flanke Y und Low-High Flanke X wird das in Fig. 2b gezeigte Aus­ gangssignal U _Out erzeugt, das mit jeder der beiden Schalt­ flanken X bzw. Y getriggert werden kann und eine konstante Impulsdauer der Zeit t ₁ aufweist. Die Störspannungspitzen U _St führen dabei zu keinen zusätzlichen Ausgangssignalen und werden im Schaltwerk W unterdrückt.

Wenn am Eingang der Tristate-Eingangsstufe 1 ein logischer High-Pegel ansteht, nimmt das Ausgangssignal U _a ebenfalls einen High-Pegel an und schaltet dadurch die Taktfrequenz f ₁ über das AND-Gatter 3 auf den Takteingang T ₁ der Zäh­ lerstufe 4 durch, bis diese ihren definierten Zählerstand mit beispielsweise 2 ⁿ erreicht hat, wodurch dann an deren Ausgang ein logischer High-Pegel ansteht, der über das Negationsglied 13 invertiert wird und das AND-Gatter 3 blockiert. Das heißt, der Zählvorgang wird gestoppt.

Mit n = 2 werden beispielsweise 2 Taktzyklen der Taktfre­ quenz f ₁ ausgezählt, die einer vorgegebenen Referenzzeit T _Ref  entsprechen.

Das Ausgangssignal der Zählerstufe 4 wird dem Taktein­ gang T ₃ des Speichergliedes 6 zugeführt und erzeugt an dessen Ausgang ebenfalls einen High-Pegel, der über das OR-Gatter 8 dem Reset-Eingang R ₆ des Zeitgliedes 24 zu­ geführt wird, welches dadurch in einen definierten An­ fangszustand gesetzt wird und dann mit dem Auszählen auf einem weiteren vorbestimmten Zählerstand, beispielsweise 2 ^s , s < n beginnt, wodurch die Impulsdauer t ₁ des Signals U _Out definiert wird. Nach Erreichen dieses Zählzustandes ändert der Ausgangspegel des Zeitgliedes 24 seinen Zustand, so daß über dessen Inhibiteingang I der Zählvorgang ge­ stoppt wird.

Über den Verstärker 12 steht dann das Signal U _Out gemäß Fig. 2b mit seiner definierten Impulsbreite t ₁ an.

Um die Zählerstufe 4 und das Speicherglied 6 in einen definierten Ausgangszustand bei erneuter Triggerung zu setzen, müssen diese über ihre Reset-Eingäng entspre­ chend angesteuert werden. Dazu wird das Taktsignal f ₁ dem Takteingang T ₅ der Impulsformerstufe 7 zugeführt, welche als Zähler ausgelegt ist, und nach Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes von beispielsweise 2 ⁿ , n = 2, das Speicherglied 6 über dessen Reset-EingangR ₃ zurück­ setzt. Die Freigabe zum Zählen in der Impulsformerstufe 7 erfolgt dann, wenn der Ausgang des Speichergliedes 6 einen High-Pegel angenommen hat.

Das Ausgangssignal des OR-Gatters 8 wird dadurch zu Null und das Negationsglied 9 zeigt an seinem Ausgang einen High-Pegel, der die Impulsformerstufe 7 zurücksetzt, wo­ durch anschließend das Speicherglied 6 über seinen Reset- Eingang R ₃ zurückgesetzt wird.

Das Rücksetzen der Zählerstufe 4 erfolgt über das AND- Gatter 5, wenn das Ausgangssignal U _a Low-Pegel annimmt und wenn die Zählerstufe 14 des symmetrischen Teils B des Schaltwerkes W vollgezählt ist.

Erfolgt während der ersten beiden Takte bei n = 2 ein Pegelwechsel der Ausgangsspannung U _a , beispielsweise in Form einer Störspannungsspitze, wird die Zählerstufe 4 rückgesetzt, da in diesem Fall das Ausgangssignal der Zählerstufe einen Low-Pegel aufweist, der über das Nega­ tionsglied 22 invertiert wird und zusammen mit dem über das Negationsglied 2 invertierten Ausgangssignal _a über das AND-Gatter 5 den Reset-Eingang R ₁ der Zählerstufe 4 ansteuert.

Ein Pegelwechsel des Triggersignals U _Tr an der Tristate- Eingangsstufe 1 von High auf Low wirkt sich über den symmetrisch aufgebauten Teil B des Schaltwerkes W folgen­ dermaßen aus. Im angenommenen Beispiel sei n = 2. Dabei schaltet jetzt das Ausgangssignal U _b das Taktsignal f₁ auf den Takteingang T ₂ der Zählerstufe 14 durch, bis diese auf 2 ⁿ gezählt hat und sich über das Negationsglied 17 selbst verriegelt. Am Ausgang der Zählerstufe 14 steht dadurch ein High-Pegel an, der über das OR-Gatter 20 dem AND-Gatter 5 zusammen mit dem Signal _a zugeführt wird. Somit kann die Zählerstufe 4 zurückgesetzt werden und für eine erneute Triggerung bereitstehen.

Das heißt, das Rücksetzen der Zählerstufen 4 bzw. 14 ist erst dann möglich, wenn mit dem Pegelwechsel des Trigger­ signals U _Tr die symmetrisch aufgebaute Zählerstufe 14 bzw. 4 vollgezählt ist.

Die Zählerstufen 4 bzw. 14 , die Zeitglieder 6 bzw. 16, die Pulsformerstufe 7 und das Zeitglied 24 können aus hinter­ einander geschalteten D-Flip-Flops aufgebaut sein. Die gesamte Schaltung ist monolithisch integrierbar.

Die Oszillatorfrequenz f₀ kann in der Größenordnung von einigen Hundert kHz und die Taktfrequenz f₁ in der Grö­ ßenordnung von einigen kHz liegen.

Mittels des Ausgangssignals U _Out und eines nicht darge­ stellten Kommutierungsschalters können Servomotoren oder Stellglieder angesteuert werden, bei denen eine definier­ te vorgegebene Ansteuerimpulsbreite t ₁ erforderlich ist.

Claims (13)

1) Monostabile Kippstufe, bestehend aus einem Schaltwerk (W), dem ein digitales Triggersignal (U _Tr ) am Eingang zugeführt ist und das ein digitales Ausgangssignal (U _Out ) mit konstanter Impulsbreite (t ₁) erzeugt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schaltwerk (W) aus identischen, symme­ trisch angeordneten Schaltwerksteilen (A, B) aufgebaut ist, wobei durch den einen Teil (A) die High-Low-Flanke (Y) und durch den anderen Teil (B) die Low-High-Flanke (X) des Triggersignals (U _Tr ) zur Bildung des Ausgangssignals (U _Out ) herangezogen wird.

2) Monostabile Kippstufe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Triggersignal (U _Tr ) einer Tristate-Ein­ gangsstufe (1) zugeführt ist, deren zueinander komplemen­ täre Ausgangssignale (U _a bzw. U _b ) jeweils dem ersten Ein­ gang zweier AND-Gatter (3 bzw. 18) mit je drei Eingängen zugeführt sind.

3) Monostabile Kippstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Oszillator (10) mit der Fre­ quenz f ₀ über einen Vorteiler (11) eine Taktfrequenz f ₁ abgeleitet wird, die jeweils den zweiten Eingängen der AND-Gatter (3 bzw. 18) und dem Eingang (T ₆) eines Zeit­ gliedes (24) zugeführt ist.

4) Monostabile Kippstufe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der AND- Gatter (3 bzw. 18) jeweils dem Takteingang (T ₁, T ₂) zweier Zählerstufen (4 bzw. 14) zugeführt sind, deren Ausgangs­ signale über sich entsprechende Negationsglieder (13 bzw. 17) jeweils dem dritten Eingang der AND-Gatter (3 bzw. 18) zugeführt sind.

5) Monostabile Kippstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die komplemen­ tären Ausgangssignale (U _a bzw. U _b ) der Tristate-Ein­ gangsstufe (1) über jeweils zwei weitere Negations­ glieder (2 bzw. 19) jeweils einem Eingang zweier wei­ terer AND-Gatter (5 bzw. 15) zugeführt sind.

6) Monostabile Kippstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils an­ dere Eingang der weiteren AND-Gatter (5 bzw. 15) jeweils vom Ausgang zweier OR-Gatter (20 bzw. 21) angesteuert ist, und daß der Ausgang des weiteren AND-Gatter (5 bzw. 15) dem Reset-Eingang (R ₁ bzw. R ₂) der Zählerstufe (4 bzw. 14) zugeführt ist.

7) Monostabile Kippstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Eingang des einen OR-Gatters (20) über ein Negationsglied (22) vom Ausgang der Zählerstufe (4) und der eine Eingang des anderen OR-Gatters (21) über ein Negationsglied (23) vom Ausgang der anderen Zählerstufe (14) angesteuert wird.

8) Monostabile Kippstufe nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der ei­ nen Zählerstufe (4) dem anderen Eingang des anderen OR- Gatters (21) und der Ausgang der anderen Zählerstufe (14) dem anderen Eingang des einen OR-Gatters (20) zugeführt ist.

9) Monostabile Kippstufe nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Zählerstufen (4 bzw. 14) je einem Eingang (T ₃, T ₄) eines Speichergliedes (6 bzw. 16) zugeführt sind, deren Aus­ gänge über ein drittes OR-Gatter (8) miteinander ver­ knüpft sind, dessen Ausgang dem Reset-Eingang (R ₆) eines Zeitgliedes (24) zugeführt ist.

10) Monostabile Kippstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Vorteilers (11) mit der Frequenz f ₁ dem Eingang (T ₅) eines Pulsformers (7) zugeführt ist, dessen Ausgang die beiden Reset-Eingänge (R ₃, R ₄) der beiden Speicherglieder (6, 16) ansteuert.

11) Monostabile Kippstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des dritten OR-Gatters (8) über ein Negationsglied (9) dem Reset-Eingang (R ₅) des Pulsformers (7) zugeführt ist.

12) Monostabile Kippstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Zeitgliedes (24) einer Verstärkerstufe (12) und dem In­ hibit-Eingang (I) dieses Zeitgliedes (24) zugeführt ist.

13) Monostabile Kippstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch logische Verknüpfungen im Schaltwerk (W) eine vorgebbare Referenz­ zeit (T _Ref ) erzeugt wird, wodurch Signalspannungsänderun­ gen des Steuersignals (U _St ) einer bestimmten Dauer (t _St ) ohne Auswirkung auf das Ausgangssignal (U _Out ) bleiben, wenn deren Impulsdauer (t ₁) kleiner als die Referenz­ zeit (T _Ref ) ist.