триггерное устройство

Формула изобретения

Триггерное устройство, содержащее триггер, входы установки и сброса которого соединены через соответственно первый и второй резисторы с общей шиной, первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых соединены с входной шиной, вторые входы соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, а выходы соединены с первыми обкладками соответственно первого и второго конденсаторов, отличающееся тем, что введены третий и четвертый резисторы, включенные между вторыми обкладками соответственно первого и второго конденсаторов и входами соответственно установки и сброса триггера, а сопротивления R_д третьего и четвертого резисторов выбирают из условия



где R₀ - сопротивления первого и второго резисторов;

U_max - максимальное значение порога срабатывания логических элементов триггера;

Е - напряжение питания.

Описание изобретения к патенту

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

Известно триггерное устройство (см. патент Российской Федерации N 2053593 от 06.12.90, МКИ H 03 К 3/037, "Триггерное устройство", Г. И. Шишкин, опубл. 27.01.96, Бюл. N 3), 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. 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 со вторым входом второго элемента И-НЕ.

Основными недостатками данного триггерного устройства являются низкая устойчивость к воздействию помех по питанию, поскольку напряжение на заряженном конденсаторе не должно снижаться ниже максимального из порогов срабатывания элементов И-НЕ, а также сложность схемной реализации, обусловленная необходимостью использования большого числа логических элементов.

Известно триггерное устройство (см. авторское свидетельство СССР N 970650 от 03.04.81, МКИ H 03 К 3/286, "Триггерное устройство (третий вариант)", Г. И. Шишкин, опубл. 30.10.82, Бюл. N 40), выбранное в качестве прототипа и содержащее триггер, первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй конденсаторы, первый и второй резисторы, входы установки и сброса триггера соединены с первыми обкладками соответственно первого и второго конденсаторов и через соответственно первый и второй резисторы - с одной из шин питания. Первые входы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с входной шиной устройства, вторые входы соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, а выходы - со вторыми обкладками соответственно первого и второго конденсаторов.

Недостатком данного устройства является низкая помехоустойчивость к воздействию помех по питанию из-за малой величины допустимого спада напряжения питания во время действия помехи.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание триггерного устройства, обладающего повышенной помехоустойчивостью по питанию.

Технический результат, заключающийся в повышении помехоустойчивости по питанию, достигается тем, что в триггерное устройство, содержащее триггер, входы установки и сброса которого соединены через соответственно первый и второй резисторы с общей шиной, первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых соединены с входной шиной, вторые входы соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, а выходы - с первыми обкладками соответственно первого и второго конденсаторов, введены третий и четвертый резисторы, включенные между вторыми обкладками соответственно первого и второго конденсаторов и входами соответственно установки и сброса триггера, а сопротивление третьего (четвертого) резистора



где R₀ - сопротивление первого (второго) резистора;

U_max - максимальное значение порога срабатывания логических элементов триггера;

E - напряжение питания.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить помехоустойчивость по питанию за счет снижения напряжения заряженного конденсатора запоминающего элемента во время действия помехи.

На чертеже приведена принципиальная схема триггерного устройства.

Триггерное устройство содержит триггер 1, первый 2 и второй 3 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 4 и второй 5 конденсаторы, первый 6, второй 7, третий 8 и четвертый 9 резисторы, входную шину 10.

Первые входы элементов 2 и 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с шиной 10, вторые входы - соответственно с прямым и инверсным выходами триггера 1, а выходы - с первыми обкладками соответственно первого 4 и второго 5 конденсаторов, вторые обкладки которых через соответственно третий 8 и четвертый 9 резисторы соединены соответственно с входами установки и сброса триггера 1, которые через соответственно первый 6 и второй 7 резисторы соединены с общей шиной.

Триггерное устройство работает следующим образом.

Допустим, что триггер 1 находится в состоянии логического "0", на шине 10 присутствует уровень логической "1". При этом на выходе элемента 1 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ присутствует уровень логической "1", а на выходе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ - уровень логического "0". На входах установки и сброса триггера 1 присутствует уровень логического "0" вследствие привязки их через соответственно резисторы 6 и 7 к общей шине. При этом конденсатор 5 разряжен, а конденсатор 4 заряжен до уровня напряжения питания с выхода элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

При поступлении на шину 10 уровня логического "0" на выходе элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ устанавливается уровень логического "0", а на выходе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ - уровень логической "1". Перепады напряжения на выходах элементов 2 и 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ дифференцируются соответственно конденсаторами 4 и 5. При этом на входе установки триггера 1 формируется отрицательный импульс, не влияющий на состояние триггера 1, а на входе сброса - положительный импульс, подтверждающий его исходное состояние. Амплитуда отрицательного импульса ограничивается диодом входной защитной цепи логического элемента триггера 1 (см. книгу "Е. А. Зельдин. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. - Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986, с. 65, рис. 6.4"). Длительности формируемых импульсов определяются соответственно временем разряда конденсатора 4 и временем заряда конденсатора 5. Процессы перезаряда конденсаторов 4 и 5 происходят одновременно.

После перезаряда конденсаторов 4 и 5 на шине 10 устанавливается уровень логической "1". На выходе элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ устанавливается уровень логической "1", а на выходе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ - уровень логического "0". При этом на входе сброса триггера 1 формируется отрицательный импульс, не влияющий на его состояние, а на входе установки - положительный импульс, вызывающий переключение триггера 1 в состояние логической "1". На выходе элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ устанавливается уровень логического "0", а на выходе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ - уровень логической "1". Переключение триггерного устройства закончено.

Переключение триггерного устройства в состояние логического "0" происходит аналогичным образом.

При воздействии на триггерное устройство в режиме хранения информации в состоянии логического "0" помехи по питанию в виде снижения напряжения Е до величины E_min, вызывающей соответствующее снижение напряжения на заряженном конденсаторе 4 и переключение триггера 1 после окончания помехи в состояние логической "1", на выходе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ формируется положительный перепад напряжения с амплитудой, равной напряжению питания E, вызывающий формирование на входе сброса триггера 1 положительного импульса с амплитудой



где R₀ - сопротивление резистора 7;

R_д - сопротивление резистора 9.

Для гарантированного восстановления состояния триггера необходимо, чтобы амплитуда указанного импульса была не меньше максимального значения U_max порога срабатывания по входу сброса триггера 1



Из данного условия можно определить максимальное сопротивление



После восстановления состояния триггера 1 положительный перепад напряжения формируется на выходе элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. При этом на входе установки триггера 1 формируется положительный импульс амплитудой



где E_min - остаточное напряжение на конденсаторе 4. Для сохранения восстановленного состояния триггера 1 необходимо, чтобы амплитуда импульса U₂ не превышала минимальное значение порога срабатывания U_min по входу установки триггера 1:



или с учетом выражения (1):



откуда



При построении триггерного устройства на основе КМОП логических элементов с U_min = 0,3E и U_max = 0,7E в заявленном устройстве допустимый спад напряжения питания E_доп = 0,43Е.

В прототипе амплитуда импульса U₂ = E-E_min и допустимый спад напряжения питания E_доп = 0,3E. Следовательно, допустимая амплитуда помехи по питанию в заявленном устройстве на 43% выше, чем в прототипе, что позволяет, в частности, снизить требования по стабильности напряжения батарей резервного питания.

Одновременно в заявленном устройстве производится ограничение тока разряда конденсаторов через диоды входных защитных цепей логических элементов триггера, что исключает перегрузку диодов и способствует повышению надежности устройства.

Изготовлен лабораторный макет триггерного устройства на микросхемах серии 564. Испытания макета подтвердили работоспособность заявленного устройства и его практическую ценность.