Генератор прямоугольных импульсов в интегральном исполнении

Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использовано,например, в качестве встроенного генератора тактовых импульсов,Цель изобретения - повышение ста 5бильности частоты генерируемых импульсов при,одновременном уменьшениипотребляемой мощности.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема устройства.Генератор прямоугольных импульсовсодержит первый 1 и второй 2 р-канальные МОП-транзисторы, истоки которыхсоединены с первыми обкладками первого3 и второго 4 конденсаторов, с шиной5 питания, а стоки соответственно соединены с вторыми обкладками первого3 и второго 4 конденсаторов, компаратор 6, выход которого соединен с входом счетного триггера 7, первый и второй выходы которого соединены соответ.ственно с затвором первого 1 и второго 2 р-канальных МОП-транзисторов, спервой и второй выходными шинами 8 и9, резистор 10, генератор 11 тока,первый 12 и второй 13 двунаправленныеключи, прямой вход первого и инверсныйвход второго ключей соединены с первым выходом триггера 7, инверсный вход 30первого и прямой вход второго - с вторым выходом триггера 7, первый двунаправленный ключ 12 включен между второй обкладкой первого конденсатора 3и первым выходом генератора 11 тока,второй двунаправленный ключ 13 - между второй обкладкой второго конденсатора 4 и первым выходом генератора11 тока, соединенным с инвертирующимвходом компаратора 6, неинвертирующий вход которого соединен с вторымвыходом генератора 11 тока и черезрезистор 1 О - с шиной 5 питания.Двунаправленные ключи 12 и 13 выполнены соответственно на транзисторах 14, 15,и 16, 7, генератор 11 тока - на транзисторах 18 и 19, стабилизаторе 20 тока,Устройство работает следующим образом,50С выхода стабилизатора 20 тока назатворы транзисторов 18 и 19 подаетсяуровень напряжения, близкий к их пороговому напряжению (такой, чтобы этитранзисторы находились в предпорого 55вой области токов стока для всей области рабочих напряжений на их стоках),Предпороговая область работы транзисторов характеризуется тем, что, начи-,ная с величин напряжений на стоке транзистора, больших примерно 80 мВ, величина тока стока для длинноканальных транзисторов ( с длиннми канала, большими 10 мкМ) практически не зависит от величины напряжения на стоке, Таким образом, транзисторы 18 и 19 работают в режиме генераторов тока. При этом величины токов 1, и 1,9 через эти транзисторы прямо пропорциональны отношению размеров канала для каждого из транзисторов:( )19где Ф и Ь - ширина и длина канала КМОП-транзистора.Если размеры каналов транзисторов одинаковые, то при одном и том же напряжении на затворах токи стока этих транзисторов также равны, Величина тока стока транзистора 18 и величина сопротивления резистора 10 выбираются такими, чтобы величина напряжения на неинвертирующем входе компаратора 6 удовлетворяла условиям работы транзисторов 18 и 19 в режиме генератора тока и рабочей области входных напряжений компаратора 6. Выходы счетного триггера могут находиться в одном из двух противоположных состояний, предположим, что на шине Р имеется высокий уровень напряжения (лог. "1"), а на шине 9 - низкий уровень напряжения (лог. 0), при этом коммутирующие транзисторы 14 и 15 и разряжающий транзистор 2 открыты, а коммутирующие транзисторы 16 и 17 и разряжающий транзистор 1 закрыты. Конденсатор 4 разряжается через открытый транзистор 2, а конденсатор 3 заряжается через транзистор 19 и открытые транзисторы 14 и 15 постоянным током до тех пор, пока напряжение на инвертирующем входе компаратора 6 не станет равным напряжению на его входах, С выхода компаратора 6 на вход счетного триггера 7 поступает уровень лог, "0", который подготавливает триггер для переброса в очередное состояние на его выходах. При равенстве потенциалов на входе компаратора 6 он срабатывает, с его выхода на вход счетного триггера поступает лог. "1", триггер перебрасывается в противоположное состояние на его выходах (на шине 8 - лог, "0", на шине 9 - лог, "1"), транзисторы 2, 14 и 15 закрываются, а транэис40 5 15541торы 16, 17 и 1 открываются, при этоминвертирующий вход компаратора 6 подсоединяется к разряженному конденсатору 4, на выходе компаратора 6 и входе5триггера появляется уровень лог. 0,конденсатор 3 разряжается через открытый транзистор 1, а конденсатор 4 начинает заряжаться через транзистор 19и открытые транзисторы 16 и 17 до нап-Оряжения, равного напряжению на входекомпаратора 6. После этого на входетриггера 7 появляется уровень лог."1", триггер перебрасывается в противоположное на его выходах состояние,и процесс повторяется.Пусть через транзисторы 18 и 19течет одинаковый ток 1 (размеры ихканалов равны), тогда на резисторе 10падает напряжение: 20П,=В 1, (2)где В- сопротивление резистора 1 О,и время заряда конденсатора емкостьюС до величины Б определяется как= СК; (3)оп251Таким образом, период генер ации можно определить какТ=С, +2 С,+С,=С, +С,+С(4)гдеС=СВ; С =СВ; 30Си Семкости конденсаторовЗи 4;нестабильная часть периода;задержка срабатываниякомпаратора и триггера,которую можно сделатьдостаточно малой (не более 50 нс),На минимальную величину этой задержки не накладывается никаких ограничений, связанных с Функционированиемустройства. Времена С и С в выражении (4) являются стабильными по напряжению питания величинами. Таким образом, в данном случае в выражениедля периода колебаний не входит нестабилизированное время разряда времязадающих конденсаторов (что имеет местов известном устройстве), а нестабильная часть периода составляет не более100 нс При этом не требуются какието специальные методы стабилизациитокозадающих цепей, так как благодаряналичию двухвыводного генератора тока любые изменения тока по цепи заря 18 6да времязадающих конденсаторов и цепи опорного напряжения происходят одинаковыми и полностью компенсируют друг друга, при этом конкретная величина токов не имеет принципиального значения (лишь бы выполнялись условия работоспособности элементов),Уменьшение количества токопотребляющих элементов в два раза (токозадающая цепь и компаратор со сквозным током) позволяет в предлагаемом устройстве по сравнению с известным в два раза уменьшить потребляемую мощность.Формул а из о бр етенияГенератор прямоугольных импульсовв интегральном испопнении, Содержащий первый и второй р-канальные МОПтранзисторы истоки которых соединенысоответственно с первыми обкладкамипервого и второго конденсаторов и сшиной питания, а стоки соответственно соединены с вторыми обкладками первого и второго конденсаторов, компа,ратор, выход которого соединен свходом счетного триггера, первый ивторой выходы которого соединены соответственно с затворами первого ивторого р в канальн МОП-транзисторови с первой и второй выходными шинами, резистор, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения стабильности частоты генерируемых импульсовпри одновременном уменьшении потребляемой мощности, в него введены двухвыходной генератор тока, первый и второй двунаправленные ключи, прямойвход первого и инверсный вход второгоиз которых соединены с первым выходомЖтриггера, инв ер сный вход перво го ипрямой вход второго из которых - свторым выходом триггера, причем первый двунаправленный ключ включен между второй обкладкой первого конденсатора и первым выходом генератора тока,второй двунаправленный ключ - междувторой обкладкой второго конденсатораи первым выходом генератора тока, приэтом первый выход генератора тока соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с вторым выходом генератора тока и через резистор - с шинойпитания,