DE2819524B2 - Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine 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 FR-PS 43 039 bekannt. Bei einer solchen einstufigen Vergleichsschaltung müssen zwei Funktionen, nämlich sowohl die Funktion eines Verstärkers als auch eines Puffers gleichzeitig nebeneinander durchgeführt werden. Um zu den gewünschten Ergebnissen zu gelangen, wird ein symmetrisches rechteckförmiges 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 Vergleichsentscheidung stehen am Ausgang der Vergleichsschaltung lediglich im Pufferbereich der Taktperiode zur Verfügung. Bei größeren Taktfolgefrequenzen, bei denen die Taktperiode sehr klein wird, werden die Perioden, in denen Ausgar.gsdaten 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 takigesteuerte 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 Übertragungs- und Verarbeitungsschaltungen kompatibel sein.

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 erfindungsgemäßen taktgesteuerten 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 Masler-Vergleichsstufe und ein Slave-Puffer sowie ein Masler-Puffer und die Slave-Vergleichsstufe jeweils zusammen wirksam geschaltet werden. Wenn dabei ein Takteingangssignal auf tiefem Pegel liegt, so arbeitet die Master-Stufe als Differenzverstärker, während die Slave-Stufe auf dem vorangehenden Entscheidungszüstand 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 differentielle Eingangsspannung für die Master-Stufe unmittelbar vor dem Taktsprung 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 liefen 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 Entscheidungszustand als gültiges Datenausgangssignal für die gesamte Taktperiode gehalten, so daß eine ausreichende Zeit für nachfolgende 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. 1 ein Gesamtblockschalibild eim r erfindungsgemäßen Spannungsvergleichsschaltung in Form einer Master-Slave-Anordnung;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm von in der Schaltung nach F i g. 1 auftretenden Signalen; und

F i g. 3 ein detailliertes Schaltbild einer erfindungsgemäßen taktgesteuerten Spannungsvergleichsschaltung in Form einer Master-Slave-Anordnung.

Gemäß dem Gesamtblockschaltbild nach Fig. I enthält eine taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung in Form einer Master-Slave-Anordnung 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 Ausgangssigna! 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 Beiriebsstrom eingespeist wird. Die Schalter 20 und 28 sind mit einer Taktsignalquelie JO gekoppelt, um sie beide wiederholt mit einer vorgegebenen Folgefrequenz zunächst in eine mit a und sodann in eine mit b bezeichnete Schalterstellung zu schalten. Die Schaller 22 und 28 können praktisch jeweils durch ein emittergekoppehes 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 F i g. 1 erläutert. Über Differenzeingänge 34 wird ein analoges Eingangssignal V_cm in den Differenzverstärker 10 eingespeist. Den folgenden Ausführungen wird ein rechteckförmiges Eingangssignal V_ein zugrunde gelegt. Es ist dabei jedoch zu bemerken, daß das Eingangssignal generell durch ein Analogsignal beliebiger Form gebildet werden kann. In einem Zeitpunkt TO stehen die Schalter 22 und 28 in der Schalterstellung a, während das Eingangssignal V_e,„ abfällt, aber gegenüber einem Entscheidungspegel positiv ist. Der Differenzverstärker 10 ist aktiv, so daß aus dem Eingangssignal \'_em ein verstärktes Signal V_n, entsteht. Da es sich bei dem Diagramm nach Fig. I nicht um eine spannungsorientierte, sondern um eine logisch orientierte Darstellung handelt, erscheint das Signal V_n, mit dem Signal V_cm in Phase. Es ist jedoch klar, daß das Signal V_n, spannungsmäßig ausgedrückt gegenüber dem Signal Vein invertiert ist. Das Signal V,„ befindet sich also im Zeitpunkt T₀ 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 T₀ wird das Ausgangssignal Vj₁₁₁ daher auf dem logischen Pegel 1 gehalten, was genau dem vorangehenden Zustand des Eingangssignals ^/„entspricht.

Im Zeitpunkt 71 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 71 hat das Eingangssignal V_c,_n den Entscheidungspegel durchschritten, so daß das Ausgangssignal V,„des Differenzverstärkers 10 im Zeitpunkt 71 auf dem logischen Pegel 0 gehalten wird. Das Ausgangssignal Κ«« schaltet vom logischen Pegel 1 auf den logischen Pegel 0, da der Differenzverstärker 16 nunmehr wirksam ist und das Signal V_n, verstärkt.

Im Zeitpunkt 7j schaltet das Taktsignal um, wodurch die Schalter 22 und 28 in die Schalterstellung ;t

geschaltet werden. Der Puffer 18 schaltet nunmehr ein, wodurch das Ausgangssignal V_am auf dem logischen Pegel 0 gehalten wird, während der Differenzverstärker 10 neue Daten tastet. Aufgrund der vorstehend erläuterten Master-Slave-Wirkung bleibt das Ausgangssignal V_TOJ für die gesamte Periode zwischen den Zeitpunkten 7Ί und Ti bzw. für eine vollständige Taktperiode auf dem logischen Pegel 0.

Der vorstehend erläuterte Vorgang wiederholt sich, wobei ersichtlich das Ausgangssignal V_aus für die gesamten Taktperioden T] bis Ts und Ts bis Ti auf dem logischen Pegel 1 bleibt, da die in den Zeitpunkten Γ3 und T₅ getasteten Werte des Eingangssignals V_c,„ über dem Entscheidungspegel liegen. Im Zeitpunkt Ti liegt der getastete Wert des Eingangssignals V_Cj„ unterhalb des Entscheidungspegels, so daß das Ausgangssignal Vtos für die Periode T/ bis 7g auf dem logischen Pegel 0 liegt.

Fig.3 zeigt ein detailliertes Schaltbild einer taktgesteuerten Spannungsvergleichsschaltung in Torrn einer Master-Slave-Anordnung. Jede Stufe wird dabei durch einen getakteten Vergleichskreis gebildet, wie er in der obengenannten 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 Belriebsstroms 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 + V, 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 Eingangstransistoren 90 und 92 sowie kreuzgekoppelte Puffertransistoren 94 und % gebildet. Eine Konstantstromquelle 100 liefert 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 Transistoren 110 und 112 sowie Widersländen 114 und 116 sind zwischen die Kollektoren der Transistoren 90 und 92 sowie die Basen der Puffertransistoren 94 und 96 geschaltet. Über einen Widerstand 118 wird ein kleiner Strom geliefert, um das Puffertransistorpaar 94 und % in den Bereich des Einschalt-Schwellweries vorzuspannen. Die Eingangsspannung V_n, von der Master-Stufe wird den Transistoren 90 und 92 über Emitterfolger mit Transistoren 130 und 132 sowie zugehörigen Emitterwiderständen 134 und 136 zugeführt. Zener-Diodcn 138 und 140 erzeugen eine derartige Spannungspegelverschiebung, daß die Arbeitspunkte der Slave-Stufe gleich denen der Masler-Stufe sind. Die Kollektoren der Transistoren 90 und % sind über einen Lastwiderstand 140 an eine Spannungsquelle mit einer Spannung + V geführt, während die Kollektoren der Transistoren 92 und 94 entsprechend über einen Lastwiderstand 146 an eine Spannungsquelle mit einer Spannung + V geführt sind.

Der taktgesteuerten Master-Slave-Spannungsvergleichsschaltung wird das analoge Eingangssignal V_tln an Eingangsklemmen 160 und 162 und das Taktsignal an Klemmen 166 und 168 zugeführt. Diese Signale haben dabei die in Fig.2 dargestellte Form. Das Ausgangs-Datensignal V_auswird an Ausgangsklemmen 180 und 182 abgenommen. Im Zeitpunkt T₀ sind die Stromschalttransistoren 62 und 104 leitend, während die Transistoren 64 und 102 gesperrt sind, so daß die Differenzverstärkertransistoren 50 und 52 der Master-Stufe und die Puffertransistoren 94 und 96 der Slave-Stufe Strom erhalten. Im Zeitpunkt Γι sind die Transistoren 62 und 104 gesperrt, während die Transistoren 64 und 102 durchgeschaltet sind, so daß nunmehr der Puffer der Master-Stufe und der Differenzverstärker der Slave-Stufe Strom erhalten. Im Zeitpunkt Ti werden die Siromschaittransistoren erneut geschaltet, so daß sich die Sequenz wiederholt. Die Funktion entspricht dabei der Funktion der Schaltung nach Fig. 1. Die Master- und Slave-Stufen werden also abwechselnü geschaltet, wobei die Master-Stufe zunächst das Eingangssignal tastet, während die Slave-Stufe im vorangehenden Entscheidungszustand der Master-Stufe gehalten wird. Sodann wird die Master-Stufe in dem durch die getastete differentielle Eingangsspannung bestimmten Entscheidungszustand gehalten, während die Slave-Stufe die neuen Entscheidungsdaten auf die Ausgangsklemmen 180 und 182 überträgt. Die Master-Stufe tastet erneut die Eingangsspannung, während die Slave-Stufe im vorhergehenden Entscheidungszustand der Master-Stufe gehalten wird. Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß die Daten an den Ausgangsklemmen 180 und 182 während einer vollständigen Taktperiode gehalten werden, wodurch eine langsame Übertragung der Daten auf naehfolgende Schaltungen möglich wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaliung 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) Stromgeneraforen (20, 26,- 60, 100), SehaJterstufen (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 Spannungsvergleichsschaliung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer ((2, 18) an den Ausgang der Vergleichsstufe (10) bzw. der Verstärkerstufe (16) angekoppelt sind.

6. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkreise (20,22, 30; 26, 28, 30) abwechselnd zunächst die Vergleichsstufe (10) und den an den Ausgang der Verstärkerstufe (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, deren Basen durch das Eingangssignal (Vein) angesteuert sind, daß die Verstärkerstufe (16) durch ein zweites emittergekoppeltes Transistorpaar (90, 92) gebildet ist, deren Basen an die Kollektoren der Transistoren (50, 52) des ersten Paars angekoppelt sind, daß ein drittes emiltergekoppeltes Transistorpaar (54,56), deren 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 emiuergekoppeltes Transistorpaar (94, 96), deren Kollektoren mit den Kollektoren der Transistoren (90, 92) des zweiten Paars kreuzgekoppell sind, den Puffer (18) am Ausgang der Verstärkerstufe (16) bildet.

8. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung 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 Schalterstufen (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, 56; 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 =in 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 Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche I bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterstufen (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 Betriebsstrom den Differenzverstärkern (50, 52; 90, 92) und den Puffern (12; 54,56; 18; 94,96) selektiv zugeführt wird.