Триггерное устройство

 

Изобретение относится к импульсной технике. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости. Триггорное устройство содержит бистабильное устройство 1, инвертор 2, резистор 3 и дополнительный резистор 4, конденсатор 5. Технический результат достигнут введением инвертора 2, резистора 4 и новых связей между элементами. 1 ил.

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

Известно триггерное устройство (см. авторское свидетельство СССР N 970650 от 03.04.81, кл. H 03 K 3/286, "Триггерное устройство" (третий вариант), Г.И.Шишкин, опубликовано 30.10.82, бюл. N 40), содержащее бистабильное устройство, первый и второй резисторы. Бистабильное устройство содержит RS-триггер, первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Входы установки и сброса триггера являются входами установки и сброса бистабильного устройства, первые входы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены между собой и с входной шиной устройства, а вторые входы соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, выходы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются первым и вторым выходами бистабильного устройства. Входы установки и сброса бистабильного устройства соединены с первыми обкладками соответственно первого и второго конденсаторов и через соответственно первый и второй резисторы - с одной из шин питания, первый и второй выходы бистабильного устройства соединены со вторыми обкладками соответственно первого и второго конденсаторов.

Недостатком известного триггерного устройства является низкая помехоустойчивость, поскольку: 1) в режиме хранения информации на входах установки и сброса триггера отсутствуют удерживающие уровни напряжения, и при воздействии на триггер внешней помехи происходит его кратковременное переключение; 2) в режиме хранения информации при перерывах питания происходит быстрый разряд конденсаторов через полупроводниковые структуры логических элементов и триггера; 3) в режиме переключения происходит быстрый разряд конденсаторов.

Известно триггерное устройство (см. патент Российской Федерации N 1276 222 от 28.06.85, кл. H 03 K 3/286, "Триггерное устройство" (второй вариант), А. Я.Рыбаков, Г.И.Шишкин, опубликовано 27.01.95, бюл. N 3), которое является прототипом и содержит бистабильное устройство, резистор и конденсатор, один из выводов которого соединен с входом бистабильного устройства и через резистор - с выходом бистабильного устройства. Второй вывод конденсатора подключен к общей шине. Бистабильное устройство содержит первый и второй элементы ИЛИ-НЕ, первые входы которых соединены с соответствующими установочными входами устройства, второй вход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ, а выход является выходом бистабильного устройства, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и тактируемый D-триггер, прямой выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ-НЕ и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, а вход - с тактовым входом D-триггера, D-выход которого является D-входом бистабильного устройства.

Недостатком данного триггерного устройства является низкая помехоустойчивость, поскольку: 1) в режиме хранения информации при перерывах питания, сопровождающихся кратковременным снижением сопротивления между цепями питания, происходит быстрый разряд конденсатора через полупроводниковые структуры по D-входу D-триггера; 2) в режиме переключения бистабильного устройства недостаточно велика инерционность триггерное устройства, ограниченная при допустимых и выбранных габаритных размерах конденсатора величиной сопротивления резистора, максимально допустимая величина которого определяется входным током бистабильного устройства.

Задачей, решаемой предлагаемым техническим решением, является создание триггерного устройства с высокой помехоустойчивостью.

Технический результат, заключающийся в повышении помехоустойчивости, достигается тем, что в триггерное устройство, содержащее бистабильное устройство, вход которого соединен с первым выводом конденсатора и через резистор - со своим выходом, введены дополнительный резистор и инвертор, вход которого соединен с выходом бистабильного устройства, а выход через дополнительный резистор - со вторым выводом конденсатора.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить помехоустойчивость триггерного устройства за счет уменьшения скорости разряда конденсатора при перерывах питания в режиме хранения информации и за счет возможности уменьшения скорости разряда конденсатора при перерывах питания в режиме хранения информации и за счет возможности уменьшения скорости перезаряда конденсатора в режиме переключения триггерного устройства.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема триггерного устройства. Триггерное устройство содержит бистабильное устройство 1, инвертор 2, резистор 3, дополнительный резистор 4 и конденсатор 5. Вход бистабильного устройства 1 соединен с первыми выводами конденсатора 5 и резистора 3. Выход бистабильного устройства 1 соединен с входом инвертора 2 и с вторым выводом резистора 3. Выход инвертора 2 через резистор 4 соединен со вторым выводом конденсатора 5. Бистабильное устройство 1 содержит элемент 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10, пятый 11 и шестой 12 элементы ИЛИ-НЕ. Первый вход элемента 7 ИЛИ-НЕ является входом бистабильного устройства 1, второй вход соединен с первым входом элемента 8 ИЛИ-НЕ и выходом элемента 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход соединен с вторым входом элемента 8 ИЛИ-НЕ и с первым входом элемента 9 ИЛИ-НЕ. Второй вход элемента 9 ИЛИ-НЕ соединен с выходом элемента 10 ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента 8 ИЛИ-НЕ, второй вход соединен с первым входом элемента 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первым входом элемента 11 ИЛИ-НЕ и с выходом элемента 9 ИЛИ-НЕ. Второй вход элемента 11 ИЛИ-НЕ является S-входом бистабильного устройства 1, выход соединен с первым входом элемента 12 ИЛИ-НЕ. Второй вход элемента 12 ИЛИ-НЕ является R-входом бистабильного устройства 1, выход соединен с вторым входом элемента 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и является выходом бистабильного устройства 1.

Триггерное устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения питания (шины питания на чертеже не показаны) на R- входе бистабильного устройства 1 должен быть сформирован импульс начальной установки положительной полярности, под действием которого на выходе элемента 12 устанавливается уровень сигнала "Лог.0" (потенциал, близкий к значению потенциала общей шины). На входе инвертора 2 - сигнал "Лог.0", на выходе - сигнал "Лог.1"; под действием указанных сигналов конденсатор 5 заряжается до уровня напряжения, близкого к напряжению питания, при этом плюс напряжения - со стороны резистора 4. Длительность импульса начальной установки должна быть достаточной для полного заряда конденсатора 5. После окончания импульса начальной установки должен установиться в нулевое состояние триггер, составленный из элементов 9, 10, при этом на выходе элемента 9 должен установиться уровень "Лог.0". Это осуществляется следующим образом. Если триггер, составленный из элементов 9, 10, первоначально при подаче напряжения питания установился в состояние "Лог.0" ("Лог.0" на выходе элемента 9, "Лог.1" на выходе элемента 10), на обоих входах элемента 6 - уровни "Лог.0", и на выходе элемента 6 - также сигнал "Лог.0". На первом входе элемента 7 к моменту окончания импульса начальной установки - сигнал "Лог. 0"(так как конденсатор 5 зарядился, ток резистора 3 близок к нулю). На выходе элемента 7 - сигнал "Лог.1", поддерживающий нулевое состояние триггера из элементов 9, 10. Если триггер, составленный из элементов 9, 10, первоначально установился в состояние "Лог.1", на выходе элемента 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ - уровень "Лог.1", на выходах элементов 7, 8 - уровни "Лог.0", при этом единичное состояние триггера из элементов 9, 10 до конца импульса начальной установки остается неизменным. После окончания импульса начальной установки на втором входе элемента 6 установится уровень "Лог.1" (элементы 11, 12 при отсутствии сигналов на R- и S-входах бистабильного устройства 1 выполняют роль инверторов). На выходе инвертора 2 - сигнал "Лог.0". В результате, на обоих входах - сигнал "Лог.0"; бистабильное устройство 1 становится восприимчивым к сигналу, поступающему на его вход. Под действием тока перезаряда конденсатора 5 напряжение (U_вх) на входе бистабильного устройства 1 равно где E - напряжение питания; U_с - напряжение на конденсаторе 5;
R₃, R₄ - соответственно, сопротивления резисторов 3 и 4.

Напряжение U_c в первый момент времени после окончания импульса начальной установки близко к E.

При выборе R₃=R₄ получим U_вх0. Таким образом, на обоих входах элемента 7 - сигналы "Лог.0"; на выходе - сигнал "Лог.1"; под действием этого сигнала триггер, составленный из элементов 9, 10 переключится в состояние "Лог.0". На выходе элемента 12 установится сигнал "Лог.0", на выходе инвертора 2 - сигнал "Лог. 1". На входе бистабильного устройства 1 восстановится сигнал "Лог. 0", поскольку конденсатор 5 при указанных уровнях сигналов на выводах элемента 12 и инвертора 5 заряжен, ток через резистор 3 практически отсутствует. Такое состояние триггерное устройство сохраняет до прихода сигнала по S-входу.

С приходом на S-вход сигнала положительной полярности на выходе элемента 12 установится сигнал "Лог.1". На выходе элемента 6 и связанных с ним входах элементов 7, 8 - сигнал "Лог.1", при этом триггер из элементов 9, 10 нечувствителен к сигналу, действующему по входу бистабильного устройства 1. Конденсатор 5 за время действия импульса, поступающего на S-вход, перезаряжается через резисторы 3 и 4, при этом на выводе конденсатора 5, связанном с резистором 3, - плюс напряжения. Длительность импульса установки, действующего по S-входу, также должна обеспечивать полный перезаряд конденсатора 5. После окончания импульса установки на выходе элемента 12 устанавливается сигнал "Лог.0", при этом устройство 1 готово к приему сигнала, поступающего на его вход. Напряжение указанного сигнала равно

При U_сE, U_вхE, т. е. на входе бистабильного устройства 1 действует сигнал "Лог. 1". На выходе элемента 8 при этом появляется сигнал "Лог.1", переключающий триггер, составленный из элементов 9, 10, в состояние "Лог.1".

Устойчивость триггерного устройства в режиме хранения информации обеспечивается за счет возникновения при сбое бистабильного устройства 1 тока перезаряда конденсатора 5, создающего на входе бистабильного устройства 1 управляющий сигнал, возвращающий его в состояние, соответствующее полярности напряжения на конденсаторе 5. Пусть, например, бистабильное устройство 1 хранит состояние "Лог.0" ("Лог.0" на выходе элемента 9). Уровень сигнала на входе бистабильного устройства 1 - "Лог.0", этим сигналом триггер, составленный из элементов 9, 10, удерживается в состоянии "Лог.0". Если под действием помехи указанный триггер переключится в состояние "Лог.1", на входе бистабильного устройства в соответствии с формулой (I) все равно продолжает сохраняться сигнал "Лог.0", возвращающий триггер из элементов 9, 10 в исходное нулевое состояние.

При перерывах питания триггерного устройства, сопровождающихся кратковременным снижением сопротивления между цепями питания, ток разряда конденсатора 5, протекающий через защитные полупроводниковые структуры элемента 7 и инвертора 2, ограничен резисторами 3 и 4, следовательно, скорость разряда конденсатора 5 в указанном режиме может быть установлена достаточно малой, чтобы избежать потери заряда конденсатора 5, приводящей к потере состояния триггерного устройства. Уменьшение скорости перезаряда конденсатора 5 в режиме переключения триггерного устройства обеспечивается тем, что указанный перезаряд осуществляется через два последовательно соединенных резистора 3 и 4, имеющих одинаковые сопротивления. Поскольку максимальная допустимая величина сопротивления резистора 3 определяется входным током элемента 7

где
U_пор - напряжение порога переключения элемента 7 по первому входу;
I_{вх.макс.}- максимальное значение входного тока элемента 7,
минимально достижимая скорость перезаряда конденсатора 5 в заявляемом устройстве примерно в два раза меньше, чем в схеме прототипа при одинаковых значениях емкости конденсатора 5. Благодаря уменьшению скорости разряда конденсатора 5 в режиме хранения информации при перерывах питания и в режиме переключения триггерного устройства достигается более высокая помехоустойчивость.

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

Формула изобретения

Триггерное устройство, содержащее бистабильное устройство, вход которого соединен с первым выводом конденсатора и через резистор - со своим выходом, отличающееся тем, что введены дополнительный резистор и инвертор, вход которого соединен с выходом бистабильного устройства, а выход через дополнительный резистор - со вторым выводом конденсатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1