DE69121756T2 - Asynchrone Verzögerungsschaltung - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verzögerungsschaltkreise und insbesondere auf einen asynchronen Verzögerungsschaltkreis, der von einer akkuraten Zeitreferenz skaliert wird.
• Asynchrone Verzögerungsschaltkreise werden in vielen Anwendungen verwendet, die ein Signal erfordern, das unabhängig von einem Takt verzögert werden soll. Allerdings werden die meisten, wenn nicht alle, asynchronen Verzögerungsschaltkreise direkt von einer vorbestimmten Zeitkonstanten erzeugt, die durch die Werte von Widerständen und Kondensatoren eingestellt werden, und demzufolge ist die Präzision der erwünschter Verzögerung direkt mit der Präzision der individuellen Komponenten, die darin verwendet werden, in Bezug gesetzt. Deshalb kann eine präzise Verzögerung nur so präzise wie die Präzision der Komponenten, die in dem Verzögerungsschaltkreis verwendet werden, sein. Ein Verzögerungsschaltkreis dieses Typs ist in der US-A-3 906 247 offenbart.
• Demzufolge existiert ein Bedarf nach einem asynchronen Verzögerungsschaltkreis, der unabhängig von der Präzision der individuellen Komponenten, die in dem Schaltkreis verwendet werden, ist.
Zusammenfassung der Erfindung
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein asynchroner Verzögerungsschaltkreis geschaffen, der auf einer monolithischen, integrierten Schaltkreisstruktur aufgebaut ist, zum Liefern eines Ausgangssignals, das um eine vorbestimmte Zeit im Hinblick auf ein Eingangssignal, das dazu zugeführt ist, verzögert ist, und einen Eingang besitzt, der mit einem Takt gekoppelt ist, der aufweist:
• einen ersten Kondensator; eine erste Einrichtung, die auf den Takt anspricht und über den ersten Kondensator zum Aufladen, und zwar unter einer ersten Rate, des ersten Kondensators auf eine vorbestimmte Spannung, wenn sich der Takt in einem ersten, logischen Zustand befindet, und Entladen des ersten Kondensators, wenn sich der Takt in einem zweiten, logischen Zustand befindet, gekoppelt ist; eine Spitzenwerthalteeinrichtung, die einen Eingang besitzt, der mit einem ersten Anschluß des ersten Kondensators zum Liefern eines Ausgangssignals an einem Ausgang davon gekoppelt ist, das für eine Spitzenwertspannung repräsentativ ist, die an dem ersten Eingang der Spitzenwerthalteeinrichtung auftritt; einen zweiten Kondensator; eine zweite Einrichtung, die auf das Eingangssignal anspricht und über den zweiten Kondensator zum Aufladen, und zwar unter einer zweiten Rate, des zweiten Kondensators, wenn sich das Eingangssignal in einem ersten, logischen Zustand befindet, und Entladen des zweiten Kondensators, wenn sich das Eingangssignal in einem zweiten, logischen Zustand befindet, gekoppelt ist; und einen Komparator, der einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang der Spitzenwerthalteeinrichtung gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der mit einem ersten Anschluß des zweiten Kondensators gekoppelt ist, und einen Ausgang, an dem das Ausgangssignal geliefert wird, das um eine vorbestimmte Zeit verzögert ist, nachdem das Eingangssignal zu der zweiten Einrichtung zugeführt ist, besitzt, und wobei die Verhältnisse zwischen dem ersten und dem zweiten Kondensator ebenso wie zwischen der ersten und der zweiten Aufladungsrate im wesentlichen konstante Funktionen der monolithischen Schaltkreisstruktur sind.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein entsprechendes Verfahren geschaffen, wie es im Mspruch 4 beansprucht ist.
• Die vorstehenden Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser anhand der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung verstanden werden, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung vorgenommen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Die einzige Figur ist ein schematisches Teil-Blockdiagramm, das die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• Wie die einzige Figur zeigt, ist dort ein schematisches Teil-Blockdiagramm eines asynchronen Verzögerungsschaltkreises 10 der vorliegenden Erfindung dargestellt, der einen ersten Umschaltschaltkreis 12, der auf eine Zeitreferenz anspricht, die von hier an als ein Takt bezeichnet wird, die an einem Anschluß 14 zugeführt wird, und einen ersten Anschluß, der mit dem ersten Anschluß des Kondensators 16 gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluß, der mit dem zweiten Anschluß des Kondensators 16 und mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluß gekoppelt ist, an den das Betriebspotential VX zugeführt wird, besitzt. Eine unabhängige Stromquelle 18 ist zwischen einem zweiten Versorgungsspannungsanschluß, an dem das Betriebspotential VDD zugeführt wird, und dem ersten Anschluß des Kondensator 16 gekoppelt. Die vorliegende Erfindung weist weiterhin einen Spitzenwerthalteschaltkreis 20 auf, der einen Eingang, der mit dem ersten Anschluß des Kondensators 16 gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit dem Eingang eines bistabilen Multivibrators 22 gekoppelt ist, besitzt, der einen Ausgang besitzt, der mit dem ersten Eingang eines Komparators 24 gekoppelt ist. Der zweite Eingang des Komparators 24 ist mit dem ersten Anschluß des Kondensators 26 gekoppelt, wahrend eine unabhängige Stromquelle 28 zwischen dem Betriebspotential VDD und dem zweiten Eingang des Komparators 24 gekoppelt ist. Ein zweiter Umschaltschaltkreis 30 spricht auf ein Eingangssignal an, das an einem Anschluß 32 zugeführt wird, und besitzt einen ersten Anschluß, der mit dem ersten Anschlußkondensator 26 gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluß, der mit dem zweiten Anschluß des Kondensators 26 und mit einem dritten Versorgungsspannungsanschluß gekoppelt ist, an dem das Betriebspotential VY zugeführt wird. Schließlich ist der Ausgang des Komparators 24 mit dem Ausgangsanschluß 34 gekoppelt.
• Im Betrieb wird ein Takt typischerweise an dem Mschluß 14 zugeführt, der das Öffnen und Schließen des ersten Umschaltschaltkreises 12 steuert, so daß dann, wenn sich der Takt in einem ersten, logischen Zustand befindet, der erste Umschaltschaltkreis 12 ähnlich einem offenen Schaltkreis wirkt, um dadurch zu ermöglichen, daß die unabhängige Stromquelle 18 den Kondensator 16 auf eine vorbestimmte Spannung basierend auf der Zeitdauer, für die der Takt den ersten, logischen Zustand belegt, auflädt Andererseits lenkt, wenn sich der Takt in einem zweiten, logischen Zustand befindet, der erste Umschaltschaltkreis 12 die unabhängige Stromquelle 18 von dem Kondensator 16 ab und er fließt durch den ersten Umschaltschaltkreis 12, um dadurch zu ermöglichen, daß sich der Kondensator 16 für die gesamte Zeitdauer entlädt, für die der Takt den zweiten Zustand belegt, oder bis er sich auf ein Spannungspotential VX entlädt. Demzufolge wirken der erste Umschaltschaltkreis 12 und die unabhängige Stromquelle 18 zusammen als eine Einrichtung, um den Kondensator 16 aufzuladen und zu entladen. Weiterhin sollte es für den Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet offensichtlich sein, daß die Situation umgekehrt werden könnte, wodurch sich der Kondensator 16 auf eine vorbestimmte Spannung basierend auf der Zeitdauer entlädt, für die der Takt den ersten, logischen Zustand belegt, und sich auflädt, wenn sich der Takt in dem zweiten, logischen Zustand befindet.
• Zusätzlich besitzt der Spitzenwerthalteschaltkreis 20 einen Ausgang, der die Spitzenwertspannung darstellt, die an dem Eingangsanschluß des Spitzenwerthalteschaltkreises 20 auftritt, die abhängig von der Spannung über den Kondensator 16 plus dem Spannungspegel des Betriebspotentials VX ist. Deshalb ist der Ausgang des Spitzenwerthalteschaltkreises 20 eine Referenzspannung, die proportional zu der Zeitdauer des ersten, logischen Zustands des Takts ist, was auch die Zeit ist, die zum Aufladen des Kondensators 16 benötigt wird. Oder äquivalent dazu ist der Ausgang des Spitzenwerthalteschaltkreises 20 eine Referenzspannung, die von einem Zeitintervall des Takts, der an dem Anschluß 14 zugeführt wird, abgeleitet wird. Deshalb ist die Präzision der Referenzspannung, die an dem Ausgang des Spitzenwerthalteschaltkreises 20 geliefert wird, proportional zu der Präzision des Takts, der an dem Anschluß 14 zugeführt wird.
• Weiterhin skaliert der bistabile Skalierschaltkreis 22 einfach die Ausgangsspannung des Spitzenwerthalteschaltkreises 20 um einen vorbestimmten Faktor, dessen Bedeutung später besprochen werden wird. Die Betriebsweisen des Eingangs, der an einem Anschluß 32 zugeführt wird, eines zweiten Umschaltschaltkreises 30, einer unabhängigen Stromquelle 28 und eines Kondensators 26 arbeiten in einer analogen Art und Weise, wie dies für den Takt, der an dem Anschluß 14 zugeführt wird, für den ersten Umschaltschaltkreis 12, für die unabhängige Stromquelle 18 und für den Kondensator 16 beschrieben ist. Deshalb wird ein Eingangssignal, das um eine vorbestimmte Zeit verzögert werden soll, an dem Anschluß 14 zugeführt, der die Öffnung und Schließung des zweiten Umschaltschaltkreises 30 derart steuert, daß dann, wenn das Eingangssignal ein logisch hoher Zustand ist, der zweite Umschaltschaltkreis 30 ähnlich einem offenen Schaitkreis wirkt, um dadurch zu ermöglichen, daß die unabhängige Stromquelle 28 den Kondensator 26 für die Zeitdauer, zu der das Eingangssignal hoch ist, auflädt. Andererseits erlangt dann, wenn das Eingangssignal ein logisch niedriger Zustand ist, der zweite Umschaltschaltkreis 30 eine niedrige Impedanz, wobei deshalb die unabhängige Stromquelle 28 von dem Kondensator 26 abgelenkt wird und durch den zweiten Umschaltschaltkreis 30 fließt, um dadurch zu ermöglichen, daß sich der Kondensator 26 für die volle Zeitdauer, zu der das Eingangssignal niedrig wird, entlädt, oder bis er sich auf ein Spannungspotential VY entlädt. Ähnlich wirken der zweite Umschaltschaltkreis 30 und die unabhängige Stromquelle 28 zusammen als eine Einrichtung, um den Kondensator 26 aufzuladen und zu entladen. Deshalb schaltet sich, wenn das Eingangssignal, das an dem Anschluß 32 zugeführt wird, dem Kondensator 26 ermöglicht, sich auf einen Spannungspegel derart aufzuladen, daß die Spannung an dem zweiten Eingang des Komparators 24 den Spannungspegel an dem ersten Eingang des Komparators 24 übersteigt, das im wesentlichen gleich zu der skalierten Ausgangsspannung des Spitzenwerthalteschaltkreises 20 ist, der Ausgangsanschluß 34 von einem logisch niedrigen Zustand zu einem logisch hohen Zustand um und liefert eine verzögerte Version des Eingangssignals, das an den Mschluß 32 geliefert wird. Deshalb wird die Spannung die an dem ersten Eingang des Komparators 24 auftritt, die, wie vorstehend erwähnt ist, ursprünglich von einem Zeitintervall des Takts, das an dem Anschluß 14 zugeführt wird, abgeleitet ist, zurück in einem vorbestimmten Zeitintervall an dem Ausgangsanschluß 34 in der Form einer Zeitverzögerung konvertiert. Deshalb ist eine asynchrone Verzögerung geliefert worden, die proportional zu einem Takt oder einer Zeitreferenz ist. Es ist wichtig zu realisieren, daß die Impulsbreite des Eingangssignals, das an dem Anschluß 32 zugeführt wird, länger sein muß als das vorbestimmte Zeitintervall, oder der Kondensator 26 wird sich nicht auf die ausreichende Spannung aufladen, die dem Komparator 24 ermöglicht, sich umzuschalten. Deshalb liefert in Anbetracht des Vorstehenden die bevorzugte Ausführungsform 10 auch eine Zeitfilterung, wodurch Signale mit einer schmalen Impulsbreite an dem Anschluß 32, die nicht lang genug sind, um den Komparator 24 umzuschalten, nicht an dem Ausgangsanschluß 34 vorhanden sein werden.
• Als ein Beispiel, um die Betriebsweise der bevorzugten Ausführungsform 10 zu erläutern, wird der einfachste Fall angenommen, wo die Kondensatoren 16 und 26 im wesentlichen gleich zueinander sind, die unabhängigen Stromquellen 18 und 28 im wesentlichen gleich zueinander sind, die Spannungspotentiale VX und VY beide im wesentlichen gleich in Bezug auf Masse sind, und der Skalierschaltkreis 22 einen Skalierfaktor besitzt, der im wesentlichen gleich zu eins ist. Deshalb lädt der Takt, der an dem Anschluß 14 zugeführt wird, den Kondensator 16 auf eine vorbestimmte Spannung auf, die direkt proportional zu der Zeitdauer ist, für die der Takt den ersten, logischen Zustand belegt. Die vorbestimmte Spannung ist auch an dem ersten Eingang des Komparators 24 über den Spitzenwerthalteschaltkreis 20 und den Skalierschaltkreis 22 vorhanden, wie dies verstanden wird. Weiterhin lädt sich, wenn sich das Eingangssignal an dem Anschluß 32 in einem logisch hohen Zustand befindet, der Kondensator 26 auf eine Spannung auf, so daß dann, wenn die Spannung über den Kondensator 26 die vorbestimmte Spannung an dem ersten Eingang des Komparators 24 übersteigt, der Ausgang 34 Spaneinem logisch hohen Zustand nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung zum Aufladen des Kondensators 26 übergeht. Es sollte realisiert werden, daß diese vorbestimmte Zeitverzögerung direkt proportional, und in diesem Beispiel, im wesentlichen gleich zu der Zeitdauer ist, für die der Takt den ersten, logischen Zustand belegt.
• Es ist Wert anzumerken, daß in der bevorzugten Ausführungsform 10 ein logisch hohes Signal an dem Anschluß 32 zugeführt wird, das zu einem Aufladen des Kondensators 26 führt, allerdings sollte verständlich werden, daß dann, wenn ein logisch niedriges Signal an dem Anschluß 32 zugeführt wird, was zu einem Aufladen des Kondensators 26 führt, dann die Eingänge an dem Komparator 24 einfach umgekehrt werden würden, was zu dem erwünschten, verzögerten Signal führt. Auch ist es sehr wichtig zu realisieren, daß die Verzögerung des Signals an dem Anschluß 32 im wesentlichen gleich zu der Zeitdauer ist, für die der Takt den ersten, logischen Zustand belegt, was die Einschränkungen für die Kondensatoren, die unabhängigen Spannungsquellen und die Spannungsversorgungen, wie vorstehend für dieses Beispiel erwähnt ist, liefert. Weiterhin können, da die bevorzugte Ausführungsform 10 typischerweise aus einem integrierten Schaltkreis aufgebaut wird, die Verhältnisse zwischen jedem Kondensator, der unabhängien Stromquelle und der Spannungsquelle auf einem hohen Präzisionsgrad, wie dies bekannt ist, beibehalten werden. Deshalb ist die Genauigkeit der Verzögerung nicht von der Präzision der individuellen Komponenten, die innerhalb des Verzögerungsschaltkreises verwendet werden, abhängig. Im Gegensatz dazu ist die Präzision der Verzögerung proportional zu der Präzision des Takts, der an dem Anschluß 14 zugeführt wird, und der Präzision der Verhältnisse der Widerstände und Kondensatoren die verwendet werden. Weiterhin ist es bekannt, daß viele Hochpräzisions-Oszillatoren derzeit erhältlich sind. Deshalb kann eine präzise Verzögerung über eine präzise Taktreferenz geliefert werden.
• Weiterhin liegt der Vorzug der bevorzugten Ausführungsform 10 darin, daß viele unterschiedliche Verzögerungen durch einfaches Variieren der Verhältnisse zwischen jedem Kondensator, jeder unabhängigen Stromquelle und/oder Spannungsversorgung geliefert werden können. Zum Beispiel könnte man die Hälfte der Verzögerung in dem vorstehenden Beispiel dadurch ausführen, daß dem Kondensator 26 die Hälfte des Werts des Kondensators 16 gegeben wird, oder durch Verdoppeln des Werts der unabhängigen Stromquelle 28 in Bezug auf die unabhängige Stromquelle 18, oder sogar durch Änderung des Spannungspotentials von VY so, daß es um eine vorbestimmte Spannung höher als das Spannungspotential von VX ist. Zusätzlich könnte man dann, wenn der Skalierschaltkreis mit einem Skalierfaktor von einhalb versehen wird, auch die Hälfte der Verzögerung des vorstehenden Beispiels ausführen. Deshalb sollte klar sein, daß zahlreiche Präzisionsverzögerungen unter Verwendung einer präzisen Taktreferenz geliefert werden können, während die Verhältnisse zwischen den Widerständen und Kondensatoren innerhalb des Schaltkreises kontrolliert werden.
• Nun sollte ersichtlich sein, daß ein neuartiger, asynchroner Verzögerungsschaltkreis geschaffen worden ist, der von einer Taktreferenz abgeleitet ist, die von der Präzision der individuellen Komponenten, die in dem Schaltkreis verwendet werden, unabhängig ist.

Claims (4)

1. Asynchroner Verzögerungsschaltkreis, der auf einer monolithischen, integrierten Schaltkreisstruktur aufgebaut ist, um ein Ausgangssignal zu schaffen, das um eine vorbestimmte Zeit im Hinblick auf ein Eingangssignal, das dazu zugeführt wird, verzögert ist, und einen Eingang besitzt, der mit einem Takt gekoppelt ist, der aufweist:

einen ersten Kondensator (16);

eine erste Einrichtung (12), die auf den Takt anspricht und über den ersten Kondensator zum Aufladen, und zwar unter einer ersten Rate, des ersten Kondensators auf eine vorbestimmte Spannung, wenn sich der Takt in einem ersten, logischen Zustand befindet, und Entladen des ersten Kondensators, wenn sich der Takt in einem zweiten, logischen Zustand befindet, gekoppelt ist;

eine Spitzenwerthalteeinrichtung (20), die einen Eingang besitzt, der mit einem ersten Anschluß des ersten Kondensators zum Liefern eines Ausgangssignals an einem Ausgang davon gekoppelt ist, das für eine Spitzenwertspannung repräsentativ ist, die an dem ersten Eingang der Spitzenwerthalteeinrichtung auftritt;

einen zweiten Kondensator (26);

eine zweite Einrichtung (30), die auf das Eingangssignal anspricht und über den zweiten Kondensator zum Aufladen, und zwar unter einer zweiten Rate, des zweiten Kondensators, wenn sich das Eingangssignal in einem ersten, logischen Zustand befindet, und Entladen des zweiten Kondensators, wenn sich das Eingangssignal in einem zweiten, logischen Zustand befindet, gekoppelt ist; und

einen Komparator (24), der einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang der Spitzenwerthalteeinrichtung gekoppelt ist, einen zweiten Eingang, der mit einem ersten Anschluß des zweiten Kondensators gekoppelt ist, und einen Ausgang, an dem das Ausgangssignal geliefert wird, das um eine vorbestimmte Zeit verzögert ist, nachdem das Eingangssignal zu der zweiten Einrichtung zugeführt ist, besitzt, und wobei die Verhältnisse zwischen dem ersten (126) und dem zweiten (26) Kondensator ebenso wie zwischen der ersten und der zweiten Aufladungsrate im wesentlichen konstante Funktionen der monolithischen, integrierten Schaltkreisstruktur sind.

2. Asynchroner Verzögerungsschaltkreis nach Anspruch 1, wobei die erste Einrichtung umfaßt:

eine unabhängige Stromquelle, die mit dem ersten Anschluß des Kondensators gekoppelt ist; und

einen Umschaltschaltkreis, der auf den Takt anspricht und über den ersten Kondensator gekoppelt ist.

3. Asynchroner Verzögerungsschaltkreis nach Anspruch 1, wobei die zweite Einrichtung umfaßt:

eine unabhängige Stromquelle, die mit dem ersten Anschluß des zweiten Kondensators gekoppelt ist; und

einen Umschaltschaltkreis, der auf das Eingangssignal anspricht und über den zweiten Kondensator gekoppelt ist.

4. Verfahren einer asynchronen Verzögerung eines Eingangssignals von einem Takt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Aufladen eines ersten Kondensators (16), wenn sich der Takt in einem ersten, logischen Zustand befindet, und Entladen des ersten Kondensators, wenn sich der Takt in einem zweiten, logischen Zustand befindet;

Erzeugen einer vorbestimmten Spannung, die eine Funktion des Zeitintervalls ist, für die der Takt den ersten, logischen Zustand belegt;

Aufladen eines zweiten Kondensators (26), wenn sich das Eingangssignal in einem ersten, logischen Zustand befindet, und Entladen des zweiten Kondensators, wenn sich das Eingangssignal in einem zweiten, logischen Zustand befindet;

Vergleichen der vorbestimmten Spannung mit der Spannung über den zweiten Kondensator; und

Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn die Spannung über den zweiten Kondensator die vorbestimmte Spannung übersteigt, wobei das Ausgangssignal für das Eingangssignal repräsentativ ist, das um ein vorbestimmtes Zeitintervall verzögert ist, das eine Funktion der vorbestimmten Spannung ist, allerdings im wesentlichen unabhängig von der Präzision des individuellen Kondensators, der Aufladungs- und Entladungskomponenten ist.