триггерное устройство

Формула изобретения

ТРИГГЕРНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее триггер, входы установки и сброса которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И - НЕ, первые входы которых соединены с входом устройства, а второй вход первого элемента И - НЕ соединен с выходом первой интегрирующей RC-цепи, отличающееся тем, что введены первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и вторая интегрирующая RC-цепь, триггер выполнен в виде RS-триггера, первые входы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с входом устройства, вторые входы - соответственно с инверсным и прямым выходами триггера, а выходы - с входами соответственно первой и второй интегрирующих RC-цепей, выход второй интегрирующей RC-цепи соединен с вторым входом второго элемента И - НЕ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах вычислительной техники и систем управления.

Известен триггерный каскад [1] содержащий первый и второй элементы И-НЕ, выходы которых через соответственно первую и вторую интегрирующие RC-цепи соединены с первыми входами соответственно второго и первого элементов И-НЕ и через соответственно третью и четвертую интегрирующие RC-цепи с первыми входами соответственно третьего и четвертого элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены со входом устройства, а выходы с вторыми входами соответственно второго и первого элементов И-НЕ.

Этот триггерный каскад имеет следующие недостатки. Во-первых, сложность схемы, связанная с наличием большого числа дискретных элементов (четыре резистора и четыре конденсатора), а также с необходимостью использования конденсаторов большой емкости в третьей и четвертой интегрирующих RC-цепях, постоянная времени которых должна быть существенно больше постоянной времени первой и второй интегрирующих RC-цепей. Во-вторых, возможность кратковременного переключения по одному из выходов при поступлении помехи по входу. В-третьих, большая инерционность.

Известно триггерное устройство [2] содержащее триггер, счетный вход которого подключен к входу устройства, а входы установки и сброса соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И-НЕ, первые входы которых соединены со вторым входом устройства, а второй вход первого элемента И-НЕ соединен с одним из выходов конденсатора и через резистор с выходом триггера, второй вход второго элемента И-НЕ соединен с выходом первого элемента И-НЕ, второй вывод конденсатора подключен к одной из шин питания.

Основным недостатком данного триггерного устройства является низкая помехоустойчивость, связанная с большим отклонением порогов срабатывания логических элементов от величины 0,5 Е, где Е напряжение питания.

Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости триггерного устройства при сохранении его быстродействия.

Технический результат достигается тем, что в триггерное устройство, содержащее триггер, входы установки и сброса которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И-НЕ, первые входы которых соединены с входом устройства, а второй вход первого элемента И-НЕ соединен с выходом первой интегрирующей RC-цепи, введены первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и вторая интегрирующая RC-цепь, триггер выполнен в виде RS-триггера, первые входы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с входом устройства, вторые входы соответственно с инверсным и прямым выходами триггера, а выходы с входами соответственно первой и второй интегрирующей RC-цепей, выход второй интегрирующей RC-цепи соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить помехоустойчивость триггерного устройства при сохранении его быстродействия за счет анализа разности напряжений на конденсаторах интегрирующих RC-цепей в момент окончания помехи путем их разряда и сравнении напряжений на конденсаторах с порогом срабатывания элементов И-НЕ.

На чертеже приведена схема триггерного устройства.

Триггерное устройство содержит первый 1 и второй 2 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первую 3 и вторую 4 интегрирующие RC-цепи, первый 5 и второй 6 элементы И-НЕ, триггер 7, входную шину 8.

Первые входы первого 1 и второго 2 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к входной шине 8 и первым входам первого 5 и второго 6 элементов И-НЕ, выходы к входам соответственно первой 3 и второй 4 интегрирующих RC-цепей, выходы которых соединены с вторыми входами соответственно первого 5 и второго 6 элементов И-НЕ, выходы которых подключены соответственно к входам установки и сброса триггера 7, прямой и инверсный выходы которого подключены к вторым входам соответственно второго 2 и первого 1 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Триггерное устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на входной шине 8 присутствует уровень логической "1". Допустим, что триггер 7 находится в состоянии логического "0". При этом на прямом выходе триггера 7, на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 и на выходе элемента И-НЕ 6 присутствует уровень логического "0", а на инверсном выходе триггера 7, на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 2 и на выходе элемента И-НЕ 5 уровень логической "1". Конденсатор интегрирующий RC-цепи 3 разряжен, а конденсатор интегрирующей RC-цепи 4 заряжен до уровня логической "1", равного напряжению питания Е.

При поступлении на входную шину 8 счетного импульса в виде уровня логического "0" элементы И-НЕ 5 и 6 устанавливаются в состояние логической "1". При этом триггер 7 сохраняет исходное состояние логического "0". Одновременно счетный импульс вызывает изменение состояния элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 и 2: элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 устанавливается в состояние логической "1", а элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 2 в состояние логического "0", что вызывает заряд конденсатора интегрирующей RC-цепи 3 и разряд конденсатора интегрирующей RC-цепи 4. Скорость перезаряда указанных конденсаторов одинакова, вследствие равенства постоянных времени интегрирующих RC-цепей 3 и 4.

В зависимости от длительности импульса на входной шине 8 возможны три ситуации.

Если длительность импульса на входной шине 8 мала и за время его действия напряжения на конденсаторах интегрирующих RC-цепей 3 и 4 не достигают порогов срабатывания элементов И-НЕ 5 и 6, то после окончания импульса элементы И-НЕ 5 и 6 восстановят исходное состояние, триггер 7 сохранит исходное состояние, и произойдет восстановление напряжения на конденсаторах интегрирующих RC-цепей 3 и 4.

При средней длительности импульса на входной шине 8, за время действия которого напряжения на конденсаторах интегрирующих RC-цепей 3 и 4 достигают порогов срабатывания элементов И-НЕ 5 и 6, но не переходят за уровень 0,5 Е, характер процессов в триггерном устройстве после его окончания зависит от порогов срабатывания элементов И-НЕ 5 и 6. Величины порогов срабатывания КМОП интегральных микросхем лежат в диапазоне (0,3-0,7) Е, где Е напряжение питания. При этом пороги срабатывания логических элементов, изготовленных на одном кристалле и расположенных в одном корпусе, мало отличаются друг от друга (практически равны).

Если пороги срабатывания элементов И-НЕ 5 и 6 больше 0,5 Е, то после окончания импульса на входной шине 8 элементы 5 и 6 остаются в состояние логической "1", состояние триггера 7 не изменяется. Поэтому после окончания указанного импульса начнется восстановление напряжения на конденсаторах интегрирующих RC-цепей 3 и 4, и когда напряжение на конденсаторе интегрирующей RC-цепи 4 достигнет порога срабатывания элемента И-НЕ 6, он переключится в состояние логического "0", подтверждая исходное состояние триггера 7.

Если же пороги срабатывания элементов И-НЕ 5 и 6 меньше 0,5 Е, то после окончания импульса на входной шине 8 оба элемента И-НЕ 5 и 6 переключаются в состояние логического "0". При этом на обоих выходах триггера 7 устанавливается уровень логической "1", а на выходах обоих элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 и 2 уровень логического "0". Конденсаторы обоих интегрирующих RC-цепей 3 и 4 начнут разряжаться, но поскольку напряжение на конденсаторе интегрирующей RC-цепи 3 меньше напряжения на конденсаторе интегрирующей RC-цепи 4, то напряжение на выходе интегрирующей RC-цепи 3 раньше достигнет порога срабатывания, что вызовет переключение элемента И-НЕ 5 в состояние логической "1" и восстановление состояния триггера 7. При этом элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 2 переключается в состояние логической "1" и вызывает заряд конденсатора интегрирующей RC-цепи 4.

Если же длительность импульса на входной шине 8 достаточно велика, чтобы за время его действия напряжения на конденсаторах интегрирующих RC-цепей 3 и 4 перешли за уровень 0,5 Е, то при порогах срабатывания меньше 0,5 Е произойдет переключение триггерного устройства. Следовательно, допустимая длительность помех по входу триггерного устройства определяется временем нарастания напряжения на конденсаторе интегрирующей RC-цепи 3(4) до уровня 0,5 Е.

Для переключения триггерного устройства при порогах срабатывания элементов И-НЕ 5 и 6, лежащих в диапазоне (0,5-0,7) Е, необходимая длительность счетного импульса на входной шине 8 определяется временем заряда разряженного конденсатора интегрирующей RC-цепи 3 до порога срабатывания элемента И-НЕ 5. В этом случае после окончания счетного импульса элемент И-НЕ 5 переключается в состояние логического "0" и вызывает переключение триггера 7 в состояние логической "1". Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 переключается в состояние логической "1", вызывая дальнейший заряд конденсатора интегрирующей RC-цепи 3, а элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 2 переключается в состояние логического "0", вызывая дальнейший разряд конденсатора интегрирующей RC-цепи 4. Следовательно, минимальная длительность счетного импульса определяется временем заряда конденсатора интегрирующей RC-цепи 3 (4) до напряжения 0,7 Е.

Переключение триггерного устройства в исходное состояние происходит аналогичным образом.

Таким образом, описание работы триггерного устройства подтверждает его нормальное функционирование в режиме счета входных импульсов и устойчивость к воздействию внешних помех. При этом минимальная длительность счетного импульса определяется временем заряда конденсатора интегрирующей RC-цепи до напряжения 0,7 Е и равна 1,2 , где постоянная времени интегрирующей RC-цепи. Допустимая длительность помехи определяется временем заряда конденсатора интегрирующей RC-цепи до напряжения 0,5 Е и равна 0,7 .

Повышение помехоустойчивости достигается за счет анализа разности напряжений на конденсаторах интегрирующих RC-цепей в момент окончания помехи путем их разряда и сравнения напряжений на конденсаторах с порогом срабатывания элементов И-НЕ.

При этом целесообразно элементы И-НЕ использовать из одного корпуса микросхемы, так как параметры логических элементов, изготовленных на одном кристалле, близки по величине.

В институте изготовлен лабораторный макет триггерного устройства, испытания которого подтвердили осуществимость и практическую ценность предлагаемого объекта.