DE3730098A1

DE3730098A1 - Stabilisiertes differenz-latch mit rueckstellung

Info

Publication number: DE3730098A1
Application number: DE19873730098
Authority: DE
Inventors: Philip W Yee
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 1986-09-10
Filing date: 1987-09-08
Publication date: 1988-03-24
Also published as: GB8720708D0; JPS6386906A; US4707624A; GB2196200A; JP2593080B2; GB2196200B

Description

Die Erfindung betrifft integrierte Halbleiterschaltungen und insbesondere ein Verfahren und eine Schaltung zur Schaffung eines stabilisierten Differenz- Lacht mit Rückstellung und Versatz-Auslöschung.

Wie in Fig. 1A veranschaulicht, wird im Betrieb eines üblichen stabilisierten Differenz-Latch mit Rückstellung zwecks Rückstellstabilisierung zunächst eine negative Rückkopplung um den Latch-Verstärker herum angelegt. Im Idealfalle V _A = V _B. Dann wird, wie in Fig. 1B dargestellt, die negative Rückkopplung weggenommen und die Eingangsschalter werden umgelegt, um die Differenz-Latch-Eingänge V _Signal und V _ref umzukehren. Hier und im folgenden soll angenommen werden, daß V _Signal größer ist als V _ref, die vorgetragenen Konzepte gelten jedoch in gleicher Weise, wenn V _Signal kleiner ist als V _ref. Die Spannung am Latch-Verstärker nach Umlegen der Eingangsschalter ist in Fig. 1B dargestellt, wo das Δ V-Signal das Differenzsignal ist, und G die Verstärkung. Wie in Fig. 1C dargestellt, wird Latch- Eingang V _Signal dann eingeklinkt, indem positive Rückkopplung um den Latch- Verstärker herum angelegt wird. In diesem Idealfalle ist das Latch nun im Zustand "hoch", entsprechend der Annahme, daß Latch-Eingang V _Signal größer ist als Latch-Referenz V _ref. Dieses ideale Latch verklinkt auf "hoch" auch dann, wenn V _Signal nur infinitesimal größer ist als V _ref.

Unglücklicherweise sind jedoch die beiden Eingangstransistoren eines stabilisierten Differenz-Latch mit Rückstellung niemals perfekt abgeglichen. Folglich ist eine Differenz-Versatzspannung am Eingang einer solchen Anordnung inhärent. Unter nochmaliger Bezugnahme auf Fig. 1A heißt das, daß V _A nach Anlegen einer negativen Rückkopplung nicht gleich V _B ist.

Wie eben gesagt ist, unter Bezugnahme auf Fig. 1B, für ein tatsächlich ausführbares stabilisiertes Differenz-Latch mit Rückstellung V _A verschieden von V _B. Die Versatzspannung V _os kann dadurch berechnet werden, daß bestimmt wird, welche Änderung von V _A erforderlich ist, um die Spannung am Knoten A gleich der Spannung am Knoten C zu machen.

Da
V _A + V _os = V _B + GV _os (G = Verstärkung)
V _os (G-1) = V _A - V _B

folgt

Unter der Annahme, daß V _os positiv ist, wenn das Differenzsignal Δ V _Signal kleiner ist als V _os, dann liefert das Latch das falsche Ausgangssignal, wenn positive Rückkopplung angelegt wird. Ein tatsächlich ausführbares Latch erfordert also, daß V _Signal um wenigstens die Versatzspannung V _os größer ist als V _ref, ehe es auf "hoch" verklinkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, effektiv für eine Auslöschung oder Aufhebung des Versatzes eines stabilisierten Differenz-Latch mit Rückstellung zu sorgen.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Spannung an den Eingangsknoten des Differenzverstärkers des Latch vor dem Anlegen des gewünschten Latch-Eingangssignals derart vorjustiert wird, daß die positive Verstärkereingangsspannung im wesentlichen gleich der positiven Ausgangsspannung der Schaltung ist, und die negative Verstärkereingangsspannung im wesentlichen gleich der negativen Ausgangsspannung der Schaltung ist.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird an den ersten Eingang eines stabilisierten Differenz-Latch mit Rückstellung eine Referenzspannung angelegt, und eine Signalspannung wird an den zweiten Eingang des Latch gelegt, während eine negative Rückkopplung gleichzeitig an beide Eingänge des Latch-Verstärkers angelegt wird. Die negative Rückkopplung wird dann vom Verstärker weggenommen und die Spannungen an den beiden Verstärkereingängen werden so justiert, daß sie im wesentlich gleich den Spannungen an den jeweiligen Latch-Ausgängen sind. Die Latch- Eingangsspannungen werden dann derart umgekehrt, daß die Signalspannung an den ersten Latch-Eingang gelegt wird und die Referenzspannung an den zweiten Latch-Eingang. Dann wird an beide Verstärkereingänge positive Rückkopplung gelegt, derart, daß das Latch in einem Zustand verklinkt, der der Signalspannung entspricht.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigt

Fig. 1A das Schaltbild eines bekannten stabilisierten Differenz-Latch mit Rückstellung in der Betriebsart negativer Rückkopplung;

Fig. 1B ein Schaltbild des Latch nach Fig. 1A nach Wegnahme der negativen Rückkopplung und Umkehrung von Eingangs- und Referenz-Signal gegenüber dem Schaltzustand gemäß Fig. 1A;

Fig. 1C ein Schaltbild des bekannten Latch gemäß Fig. 1A und 1B mit Einklinkung auf das Eingangssignal durch Anlegen positiver Rückkopplung;

Fig. 2A ein Schaltbild eines stabilisierten Differenz-Latch mit Rückstellung gemäß der Erfindung in der Betriebsart mit negativer Rückkopplung;

Fig. 2B ein Schaltbild des Latch gemäß Fig. 2A mit Eingangsspannung- Justierung nach der Erfindung; und

Fig. 2C ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebes des stabilisierten Differenz-Latch mit Rückstellung gemäß Fig. 2A und 2B.

Fig. 2A zeigt ein stabilisiertes Differenz-Latch mit Rückstellung, mit Verstärkung G. Ein erster Eingang für den Verstärker des Latch 10 ist am Knoten A vorgesehen, und ein erster Ausgang des Latch ist am Knoten C vorgesehen. Ein zweiter Eingang für den Verstärker des Latch 10 ist am Knoten B vorgesehen, und ein zweiter Ausgang des Latch ist am Knoten D vorgesehen.

Durch Schließen eines Schalters S 5 und Öffnen eines Schalters S 3 bzw. durch Öffnen des Schalters S 5 und Schließen des Schalters S 3 kann entweder eine erste Spannung V _Signal oder eine zweite Spannung V _ref an den ersten Eingang des Latch 10 gelegt werden. Dieser Eingang wird anschließend als erster Latch-Eingang bezeichnet. In gleicher Weise kann die erste Spannung V _Signal oder die zweite Spannung V _ref an den zweiten Eingang des Latch 10 gelegt werden, indem ein Schalter S 6 geschlossen und ein Schalter S 4 geöffnet wird bzw. durch Öffnen von Schalter S 6 und Schließen von Schalter S 4. Dieser Eingang wird im folgenden als zweiter Latch-Eingang bezeichnet.

Eine negative Rückkopplung wird um das Latch 10 herum dadurch vorgesehen, daß der erste Ausgangsknoten C mit dem zweiten Verstärkereingangsknoten B über einen Schalter S 2 und in ähnlicher Weise der zweite Ausgangsknoten D mit dem ersten Verstärkereingangsknoten A über einen Schalter S 1 verbunden wird.

Eine positive Rückkopplung wird um das Latch 10 dadurch erhalten, daß der zweite Ausgangsknoten D mit dem zweiten Verstärkereingangsknoten B über einen Schalter S 8 und der erste Ausgangsknoten C mit dem ersten Verstärkereingangsknoten A über einen Schalter S 7 verbunden wird.

Diese Beschreibung betrifft auch auf ein konventionelles stabilisiertes Differenz-Latch mit Rückstellung zu, wie es in Fig. 1A bis 1C gezeigt ist.

Erfindungsgemäß ist die oben beschriebene Konfiguration auf folgende Weise modifiziert, um die Möglichkeit zu schaffen, den inhärenten Versatz zu eliminieren:

Zwischen dem ersten Ausgangsknoten C und dem ersten Verstärkereingangsknoten A ist über einen Schalter S 9 und einen Kondensator C₁ eine Verbindung vorgesehen;
zwischen dem ersten Ausgangsknoten C und dem zweiten Verstärkereingangsknoten B ist über einen Schalter S 12 und einen Kondensator C₂ eine Verbindung vorgesehen;
zwischen dem zweiten Ausgangsknoten D und dem zweiten Verstärkereingangsknoten B ist durch einen Schalter S 10 und den Kondensator C₂ eine Verbindung vorgesehen;
zwischen dem zweiten Ausgangsknoten D und dem ersten Verstärkereingangsknoten A ist durch einen Schalter S 11 und den Kondensator C₁ eine Verbindung vorgesehen.

Wie sich aus dem Zeitdiagramm gemäß Fig. 2C in Verbindung mit der Schaltung nach Fig. 2A ergibt, wird das beschriebene Latch 10 zum Zeitpunkt t₁ durch Anlegen negativer Rückkopplung rückgestellt. In dieser Konfiguration wird der zusätzliche Kondensator C₁ auf V _B-V _A aufgeladen; in ähnlicher Weise wird der Kondensator C₂ auf V _A-V _B aufgeladen. In dieser tatsächlich ausführbaren Anordnung ist die Versatzspannung

V _os = (V _A-V _B) / (G-1) .

Zwischen den Zeitpunkt t₁ und t₂, nach dem Wegnehmen der negativen Rückkopplung und vor Umkehrung der Spannungen V _Signal und V _ref, wird ein zusätzlicher Schritt eingefügt, in dem die Spannungen V _A und V _B dadurch justiert werden, daß die Verbindungen der Kondensatoren C₁ und C₂ vertauscht werden.

Δ V bezeichnet die Änderung der Spannung am Knoten A vom Zeitpunkt t₁ zum Zeitpunkt t₂ (-Δ V bezeichnet die Änderung am Knoten B). Die Spannung am Knoten A zum Zeitpunkt t₂ kann wie folgt berechnet werden:

folglich

Ähnlich

wobei C _A(B) die Gesamtkapazität am Knoten A(B), ausgenommen C ₁₍₂₎ bezeichnet, und V _A(V _B) die Spannung am Knoten A(B) zum Zeitpunkt t₁.

Am Knoten A ist das zu vergleichen mit

Wenn die Kondensatoren C₁ und C₂ so gewählt werden, daß C₁ = C _A = C _B = C₂, und wenn G = 100, dann ergibt sich

Für diese Bedingungen ergibt sich also eine Auslöschung des Versatzes zu 97,1% für das oben beschriebene stabilisierte Differenz-Latch mit Rückstellung.

Die Spannungen V _Signal und V _ref an den beiden Latch-Eingängen werden dann entsprechend der Arbeitsweise der bekannten Schaltung umgekehrt, und eine positive Rückkopplung wird um den Verstärker angelegt, um auf die Differenz zwischen V _Signal und V _ref einzuklinken.

Claims

1. Stabilisiertes Differenz-Latch mit Rückstellung mit zwei Latch-Eingängen und zwei Ausgängen sowie einem derartigen Schaltungsaufbau, daß wahlweise positive oder negative Rückkopplung an jeden der beiden Eingänge des Latch-Verstärkers gelegt werden kann, bei dem negative Rückkopplung angelegt wird, während eine erste Spannung an den ersten Latch-Eingang und eine zweite Spannung an den zweiten Latch- Eingang angelegt ist, wobei die negative Rückkopplung dann weggenommen und die beiden Latch-Eingangsspannungen umgekehrt werden, derart, daß die zweite Spannung an den ersten Latch-Eingang und die erste Spannung an den zweiten Latch-Eingang gelegt werden, worauf das Anlegen einer positiven Rückkopplung in der Weise folgt, daß das Latch in einem Zustand verklinkt, der der Differenz zwischen den beiden Latch-Eingangsspannungen entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung vorgesehen ist, mit der die Versatzspannung im wesentlichen ausgelöscht wird, die vor der Umkehr der Latch- Eingangsspannungen mit dem Latch assoziiert ist.

2. Verfahren zum Auslöschen der Versatzspannung eines stabilisierten Differenz-Latch mit Rückstellung mit zwei Latch-Eingängen und zwei Ausgängen und mit einer derartigen Schaltung, daß wahlweise positive oder negative Rückkopplung an die beiden Eingänge des Latch-Verstärkers angelegt werden kann, mit folgenden Schritten: Eine erste Spannung wird an den ersten Latch-Eingang und eine zweite Spannung an den zweiten Latch-Eingang angelegt, während gleichzeitig negative Rückkopplung an beide Verstärkereingänge angelegt wird;
die negative Rückkopplung wird weggenommen;
die Spannungen an den beiden Verstärkereingängen werden so eingestellt, daß sie im wesentlichen gleich den Spannungen an den zugehörigen Ausgängen sind;
die Spannungssignale werden derart umgekehrt, daß die erste Spannung an den zweiten Latch-Eingang und die zweite Spannung an den ersten Latch-Eingang angelegt wird; und
es wird positive Rückkopplung an beide Verstärkereingänge angelegt, derart, daß das Latch in einem Zustand verklinkt, der der Differenz zwischen den beiden Latch-Eingängen entspricht.