DE4115413C2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Schaltimpulses - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Schaltimpulses in Abhängigkeit von einer Flanke eines Rechtecksignals.

In digitalen Schaltungen ist es oft erforderlich, den Zu­ stand bestimmter digitaler Signale an bestimmten Zeitpunkten abzutasten und auszuwerten. Dies kann mittels eines flanken­ getriggerten D-Flipflops erreicht werden, das an einem Daten­ eingang das digitale, sich ändernde Signal empfängt und den Zustand dieses Signals immer dann übernimmt und speichert, wenn entweder die positive oder die negative Flanke eines ihm als Taktsignal zugeführten Rechtecksignals auftritt. Um diese Flankensteuerung zu erreichen, wird in der Eingangs­ stufe des Flipflops mit hohem Schaltungsaufwand aus der jeweils interessierenden Flanke ein kurzer Schaltimpuls erzeugt, bei dessen Auftreten dann im D-Flipflop die Über­ nahme des Zustandes des digitalen Signals bewirkt wird. Ein Beispiel eines solchen D-Flipflops, in dem dieser Schalt­ impuls flankenabhängig erzeugt wird, ist im "DATA BOOK", 1989, Bd. 1, der Firma Texas Instruments, S. 3-234, 3-238, erläutert. Eine weitere Möglichkeit, den Schaltimpuls zu er­ zeugen, besteht darin, am Eingang eines solchen Flipflops eine Differenzierstufe vorzusehen, die beispielsweise so ausgelegt ist, daß sie bei jeder negativen Flanke des Takt­ signals einen Schaltimpuls erzeugt, der bewirkt, daß das Flipflop den vorübergehend zu speichernden Signalzustand durch Umschalten in den gesetzten oder rückgesetzten Zustand übernimmt. Wenn in einer komplexen integrierten Schaltung eine größere Anzahl solcher Flipflops vorhanden ist, die jeweils an einem bestimmten Zeitpunkt, also beispielsweise unter der Steuerung durch das System-Taktsignal, die Zustän­ de ausgewählter Signale zwischenspeichern sollen, dann ist für jedes dieser Flipflops eine eigene komplizierte Ein­ gangsschaltung vorhanden, die aus dem Taktsignal den erfor­ derlichen Schaltimpuls erzeugt. Die Verwendung einer ein­ zigen Schaltungsanordnung in Form eines differenzierenden RC-Glieds wäre zwar möglich, aber die von einem solchen ein­ fachen Differenzierglied erzeugten Schaltimpulse waren ab­ hängig von der Amplitude und von der Flankensteilheit des Taktsignals, und sie würden nicht immer mit Sicherheit die Energie enthalten, die erforderlich ist, um ein oder mehrere Flipflops zu triggern.

Aus US 4 385 243 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, mit deren Hilfe ein Schaltimpuls erzeugt werden soll, wenn die an sie angelegte Versorgungsspannung über einen vorgegebenen Schwellenwert ansteigt. Mit diesem Schaltimpuls sollen Baueinheiten wie Flip-Flops, Zähler oder Schieberegister, die mit der gleichen Versorgungsspannung gespeist werden, in einen vorbestimmten Zustand versetzt werden, damit eine Schaltung, die diese Baueinheiten enthält, nach der Inbetriebnahme, also nach dem Anlegen der Versorgungsspannung, von dem erzielten Anfangszustand auszuarbeiten beginnt. Ohne eine solche Rückstellung der Baueinheiten auf einen bestimmten Anfangszustand könnte nämlich der Fall eintreten, daß sich aufgrund zufälliger Unsymmetrien in den Schaltungen, insbesondere in Flip-Flops, nicht vorhersehbare Anfangszustände nach dem Einschalten ergeben, die nicht dem gewünschten und für eine einwandfreie Funktion notwendigen Anfangszustand entsprechen. Eine Erzeugung von Schaltimpulsen abhängig von einer bestimmten Flanke eines Rechtecksignals ist dabei nicht beabsichtigt.

Aus US 3 633 0477 und DE-OS 23 30 969 sind Bauelemente bekannt, die sich wie Thyristoren verhalten. Sie sind jedoch nicht in Schaltungsanordnungen eingesetzt, mit deren Hilfe ein Schaltimpuls in Abhängigkeit von einer Flanke eines Rechtecksignals erzeugt werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs­ anordnung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, mit deren Hilfe ein sehr kurzer Schaltimpuls mit geringem Schal­ tungsaufwand ohne Abhängigkeit von der Amplitude und der Flankensteilheit des zu seiner Erzeugung herangezogenen Rechtecksignals erzeugt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung hängt die Amplitude des erzeugten Schaltimpulses nicht von der Amplitude des Rechtecksignals ab, da das Rechtecksignal nur als Steuersignal für einen Schalter verwendet wird, der das Bauelement mit Thyristorverhalten steuert, das den eigentlichen gewünschten Schaltimpuls erzeugt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann mit sehr wenigen Bauelementen aufgebaut werden, und sie kann dazu benutzt werden, eine größere Anzahl von flankengesteuerten Speicherelementen zu triggern. Da die Schwellenspannung des Bauelements mit Thyristorverhalten einstellbar ist und die Schaltungsanordnung nur auf Flanken einer Polarität anspricht, ist eine gute Sicherheit gegen ein unbeabsichtigtes Erzeugen von Schaltimpulsen als Resultat von Störsignalen nahezu völlig ausgeschlossen. Die erfindungsgemäße Schaltung kann überall dort eingesetzt werden, wo aus einem Rechtecksignal ein kurzer Impuls, ähnlich einem Nadelimpuls, beim Auftreten einer Flanke des Rechtecksignals erzeugt werden soll.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig. 2 ein Diagramm, das den Verlauf der Spannungen U₁ und U₂ am Eingang bzw. am Ausgang der Schaltungsanordnung anordnung von Fig. 1 zeigt.

Die Schaltungsanordnung von Fig. 1 enthält am Eingang einen von einem NPN-Transistor T1 gebildeten Schalter, dessen Emitter mit der an Masse liegenden Leitung 10 verbunden ist und dessen Kollektor über einen Widerstand R1 mit der an der positiven Versorgungsspannung liegenden Leitung 12 verbunden ist. Die Basis des Transistors T1 bildet den Eingang 14 der Schaltungsanordnung, an dem eine Rechteckspannung U₁ ange­ legt wird.

Der Kollektor des Transistors T1 ist auch mit der Basis eines als Emitterfolger geschalteten NPN-Transistors T2 ver­ bunden, dessen Kollektor an die Leitung 12 angeschlossen ist und dessen Emitter über einen Widerstand R2 mit der Leitung 10 verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors T2 bildet gleichzeitig den Ausgang 16 der Schaltungsanordnung. Am Aus­ gang 16 kann die Spannung U₂ abgegriffen werden, die den gewünschten, aus dem dem Eingang 14 zugeführten Rechteck­ signal abgeleiteten Schaltimpuls enthält.

Mit dem Kollektor des Transistors T1 und der Basis des Tran­ sistors T2 ist der Emitter eines PNP-Transistors T3 verbun­ den, der zusammen mit einem weiteren NPN-Transistor T4 ein Bauelement mit Thyristorverhalten bildet. Wie zu erkennen ist, ist bei den Transistoren T3 und T4 die Basis jeweils mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden. Der Emitter des Transistors T4 ist mit der Leitung 10 verbunden, die an Masse liegt.

Der Verbindungspunkt zwischen der Basis des Transistors T3 und dem Kollektor des Transistors T4 ist mit dem Verbin­ dungspunkt von zwei Widerständen R3 und R4 verbunden, der als Spannungsteiler zwischen der Leitung 12 und der Leitung 10 liegt.

Das von den Transistoren T3 und T4 gebildete Bauelement hat wie ein Thyristor zwei Schaltungszustände, nämlich einen ge­ sperrten Zustand und einen leitenden Zustand. Im leitenden Zustand besteht eine Verbindung zwischen dem Emitter des Transistors T3 und dem Emitter des Transistors T4. Der Über­ gang vom gesperrten Zustand in den leitenden Zustand kann dann erreicht werden, wenn die Spannung am Emitter des Tran­ sistors T3 um mehr als eine Basisemitterspannung U_BE größer als die mittels der Widerstände R3 und R4 eingestellte Schwellenspannung an der Basis des Transistors T3 gemacht wird. Der leitende Zustand kann nur dadurch in den gesperr­ ten Zustand umgeschaltet werden, daß der durch die beiden Transistoren T3 und T4 fließende Strom kleiner als ein vor­ gegebener kleiner Haltestromwert gemacht wird.

Unter Berücksichtigung des geschilderten Verhaltens des von den Transistoren T3 und T4 gebildeten Bauelements verhält sich die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung wie folgt:

Wenn die an den Eingang 14 angelegte Spannung U₁, die den in Fig. 2 dargestellten Verlauf hat, einen hohen Wert hat, was im Bereich A der Fall ist, ist der Transistor T1 leitend, so daß die Spannung am Emitter des Transistors T3 einen nie­ drigen Wert annimmt. Dieser niedrige Wert erscheint auch am Ausgang 16 der Schaltungsanordnung, da der als Emitterfolger geschaltete Transistor T2 grundsätzlich die an seiner Basis anliegende Spannung auch an seinem Emitter erzeugt. Die Widerstände R3 und R4 sind so gewählt, daß die an ihrem Ver­ bindungspunkt erzeugte Spannung U_s in jedem Fall größer als die Spannung ist, die am Emitter des Transistors T3 vorhan­ den ist, wenn die Spannung am Eingang 14, d. h. an der Basis des Transistors T1, den im Bereich A vorhandenen hohen Wert hat. Dies bedeutet, daß sich das von den Transistoren T3 und T4 gebildete Bauelement im gesperrten Zustand befindet.

Wenn die Spannung U₁ nun beim Obergang vom Bereich A zum Bereich B einen niedrigen Wert annimmt, geht der Transistor T1 in den gesperrten Zustand über, was zur Folge hat, daß die Spannung an seinem Kollektor ansteigt. Dieser Spannungs­ anstieg zeigt sich auch am Ausgang 16 der Schaltungsanord­ nung und führt zur ansteigenden Flanke des Schaltimpulses S, der in Fig. 2 zu erkennen ist. Sobald die Spannung am Kol­ lektor des Transistors T1 und damit am Emitter des Transi­ stors T3 um den Wert einer Basis-Emitter-Spannung größer als die eingestellte Schwellenspannung an der Basis des Transi­ stors T3 wird, "zündet" das von den Transistoren T3 und T4 gebildete Bauelement und geht in den leitenden Zustand über. Dadurch bricht die Spannung an der Basis des Transistors T2 zusammen und nimmt den Wert der Kollektor-Emitter-Spannung U_CE an, die im leitenden Zustand des Transistors T4 zwischen dessen Kollektor und Emitter vorhanden ist. Das Zusammen­ brechen der Spannung ergibt die negative Flanke des Schalt­ impulses S. Während des restlichen Teils des Bereichs B im Verlauf der Spannung U₁ liegt somit am Ausgang 16 der Schal­ tungsanordnung nur die sehr niedrige Spannung U_CE an.

Wenn nun beim Übergang vom Bereich B zum Bereich C die Span­ nung am Eingang 14 wieder ansteigt, geht der Transistor T1 wieder in den leitenden Zustand über, so daß Strom durch ihn fließen kann. Der Transistor T1 übernimmt dabei den Strom, der im Bereich B durch die Transistoren T3 und T4 geflossen ist, so daß durch diese beiden Transistoren nurmehr ein un­ ter dem oben erwähnten Haltestromwert liegender Strom fließt. Daher gehen die Transistoren T3 und T4 in den gesperrten Zustand über, und haben daher keinen Einfluß mehr auf die Spannung am Ausgang 16. Erst mit der nächsten negativen Flanke der Spannung U₁ wird wieder ein Schaltimpuls S er­ zeugt, da erneut der oben geschilderte Zyklus abläuft.

Wie zu erkennen ist, hängt die Amplitude des erzeugten Schaltimpulses S nicht von der Höhe der Eingangsspannung U₁ ab. Durch Festlegen der Schwellenspannung mit Hilfe der Widerstände R3 und R4 kann der Auslösepunkt für die Erzeu­ gung des Schaltimpulses S genau eingestellt werden, so daß verhindert werden kann, daß Störsignale mit niedriger Ampli­ tude zur Erzeugung eines Schaltimpulses führen. Die Schal­ tungsanordnung kann wegen der Verwendung bipolarer Transi­ storen für hohe Spannungen eingesetzt werden. Da sie nur aus wenigen Bauteilen besteht, kann sie mit sehr geringen Kosten in integrierten Schaltungen verwirklicht werden.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Schaltimpulses in Abhängigkeit von einer Flanke eines Rechtecksignals, gekennzeichnet durch einen von dem Rechtecksignal gesteuerten Schalter (T1), der in einem Stromweg zwischen einer Versorgungsspannungsleitung (12) und Masse liegt, ein parallel zu diesem Schalter (T1) liegendes, einen Steueranschluß aufweisendes Bauelement (T3, T4) mit Thyristerverhalten, das in einen leitenden Zustand versetzbar ist, wenn die an ihm anliegende Spannung größer als eine an seinem Steueranschluß eingestellte Schwellenspannung wird, und in einen Sperrzustand übergeht, wenn der durch es fließende Strom unter einen vorgegebenen Haltestromwert sinkt, wobei das Bauelement (T3, T4) mit Thyristorverhalten aus zwei nach Art einer Vierschichtdiode verbundenen Transistoren besteht, bei denen die Basis mit dem Kollektor des jeweils anderen Transistors verbunden ist und der Verbindungspunkt einer Basis mit dem Kollektor den Steueranschluß bildet, an den eine von einem Spannungsteiler (R3, R4) aus der Versorgungsspannung abgeleitete Spannung anliegt, während die beiden Emitter jeweils an ein Ende des von dem Rechtecksignal gesteuerten Schalters (T1) angeschlossen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (T2) ein als Emitterfolger geschalteter Transistor ist, an dessen Basis die an dem Bauelement (T3, T4) mit Thyristorverhalten vorhandene Spannung anliegt.