Дискриминатор-формирователь импульсов наносекундной длительности

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Н 03 К 5/01 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГГИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 595854, кл. Н 03 К 5/01, 1978 2, Басиладзе С.Г, Быстродействующая ядерная электроника. И., Знергоиздат, 1982, с. 66, рис,2.9 (прототип).(54) (57) ДИСКРИК 1 НАТОР-ФОР%1 РОВАТЕЛЬИМПУЛЬСОВ НАНОСЕКУНДНОИ ДЛИТЕЛЬНОСТИ.,содержащий триггер Шмитта на первомдифференциальном приемнике с линии,соединенный инверсным входом с шинойзапуска, прямым входом через первыйрезистор с общей шиной и через параллельную ВС-цепь со своим выходом,.соединенным через второй резистор сшиной питания, второй дифференциальный приемник с линии, инверсныйвход которого соединен с третьимрезистором, а выход - с выходной ин-,формационной шиной, о т л и ч а ю.801115212 А щ и й с я тем, что, с целью повыше ния его надежности и уменьшения длительности выходных импульсов, в него введены четвертый, пятый и шестой резисторы, первый и второй диоды и транзистор д-р-и типа, причем коллектор этого транзистора соединен с прямьм входом первого дифференциаль ного приемника с линии и через первый диод - со своей базой, причем катод первого диода соединен с коллектором транзистора, а анод . - с его базой, которая через третий резистор соединен с инверсным входом второго дифференциального приемника с линии и через пятый резистор - с шиной питания, эмиттер транзистора через четвертый резистор соединен с шиной питания, а через второй диод, соединенный катодом с эмиттером транзисто ра - с прямым входом второго дифференциального приемника с линии и, через шестой резистор - с общей шинойЭ выход первого дифференциального приемника с линии соединен с инверсным входом второго дифференциального приемника с линии,11)212 11 згзбг 5 етс:ие Отоснтся к иму.1 с -РОЙ те)сикс г может быть ис)51 ьз окав цо пг 1 и построении блоков гацосекундной ногичсской электроники, в частНОСти г ри ПОСТрОЕНИГР В СтацдартЕ Кг),1"1 ЛК многоканальцых дискриминаторон-формироватетей импу 51 ьсов с быстро 3ДЕЙСТВУ)ОШРС; СЦИцтигЛЯЦИОННЫХ ИЛИ детекторов заряженных частиц,я 1Известен формирователь импульсоц Ца)гОСС КУдкай ДЛИтЕЛЬНОСтИ, СОДЕРжа - щий гс)сге)овательно соединенкые пег)- вый и второй ицвертары опорный,гио;1 5 РО СЕЛ Ггас С га ВаТЕ гЦВКЛ)ОЧЕ-цгне гяежду вьГходом и входом второ о инвертора, и два последовательно соедцнснньгх ре )истора, первый из ко-о по)тк ц)цце г: арасце г) ца опо р цог ДР)1 ду, .:; вто)сЙ - к шРпге РгсОчика с ме -шсия .11 е.цОс:стками да:ОГО устройства являОтся Р 1 зк 1 я стабг 1 ьность амплиту-ДЬ И ФОРМЫ ВЫХОДНОГО СИГНаЛа ПРИфОРМИРОВакик гХОДНЬГИМПУЛЬСОВ МазЫХГ)ЛРТЕ)ЬГОСТЕЙ. СОИЗМЕРИМЫХ С ПОС.ТОЯЬ "ой 1 емсци;гигфс)е:Дира)ац:51, н согз-.е)ственна бо.па я ОГрг Бцлстг; Г.; -:"ННОГ ПРРВЯЗКИ, гэпаа 1-:цг )П)Р); Я ЦРИбцс тродействующих утгойг тна в гЭй г)ЕКЦИИ.11 ЗРбоЛЕС. Оси:.:Ргзс ОгГ тсхциче с кой с ущн о с) с , ): .ьРРатар-фор.,ирова :. -осс.куцдной д 5 итесгь:.)г: .Рг с: : - .:.р,; а , г РГ)ВС рс:Ь"М Х 1);.О ". ГГГц " -,г" 1 )1 5)мьм гъсго 1 г)е,Оный го," т гг(,-. ЕП - СО СВОИ,. Пшкрг-М. Пг);1 СЛ:"г; О -ЫМ ).ЕрЕЗ ВТОООИ ")Е -.г 01 а, К 1 И);Е Пта 1я И Э;Е гЕ)г, ) г ) )1 11 Я"ффвр )1 иран) ан)10 Га с ИГна.)а ) а з. )О: 1 игг)фе е) и ь 1 с п 1.ггм)г) г г з и Рг Гг 1 е п)Р -г цецнь и вьхс)даьг с в;сод):ой -фарадис- най шикай, рямьм вхоо,: .; )рямы;.,;ВХОДОЬ ПЕрОГС Г)Рф:Грггг 111)алвцо: О Пр" емкися с линии. а 5 не Осн)1 м нхадо с источникам дапалРитепьн 01 О смещения я с которым через третий резистор сое-. динен прямым входам перный дифференциальный приемник,21.1 едостатком известного устройства является ограниченная надежность его -;функциациравания при фОрмиравании вусловиях нысокой чунствительности и малого времени восстановления каротких ныходцьгх импульсов с длительцост к) саизгеримой с временем расцростраения сигнала через один логич) ский-,лементЦель изобретения - повышение па,"жасти и уменьшение длительности выходцых импульсов.1 оставлегная цель достигаетс-.я тем. что в дискриминатор-формироватег) импульсон цаносекуцдной длительноси, :одержащий триггер Пмитта ца пс рвом дифференциальном приемники с лици, с: едцнеццый инверсным входом с шикай запуска., прямым входом через первый рг зн.тор с общей шиной и через парал-СггЬ;Ус Р".-ЦЕПЬ Са СВОИМ ВЫХОДОК, СОЕс 1)ым через второй резистор Г ши"г са) ия. второй дифференциальный.:.ыходнай инфармациац ой )Нгс,. введены четвертыйпятый ш с:ой резисторы., первый и второ) диоды и транзистор -р- типа, ги чем коллектор этого транзистора :ен с прямьгм входом первогс диФ Чга ЬНС) ГС;РИЕМЦИК. С ) 1)ИИ .) 13 а гй нос - со г г) гей ба 3 о, "р . -с гек; ..,; тра.з.с. Она. а ана,. базоР., которая через грети:; ЗГОР ССДИЦЕг : ИНВЕРСНЫМ ВХ; ДОМ.:,фг,г:гг-. - , Нагс, ПРРЕКЦ 5 Ка С ти. ИИ 1 е р ": 5 тый резистор с шинои 5) змиттер транзистора черс з : гзс)гьй резистор соединен с 1.и: ойт 1 "15 л эрез второй диОд, со ди " ч)Й )сатодам с зьлттерам трацзис". ог-,:ямым входом в тора о ," О. - ..=;,ЕРаС:.);О С; ПРР:гЦ,Са; г:;Ц,. Ичерез шестой резистор с общей;: и;ОЙ ньхол первого дифферскциальгого)ого ":риемцика с линии: 1 г .а герта;се представлена прин .,и -иалгая з:;ектрицеская схема предлаустройства содержит триггер Шмитта ка первом дифференциальнсгприемнике 1 с линии, элемент выделекия дифференцированного сигнала на втором дифференциальном прием цике 2 с 5 инин параллепьнуюйс-цепь З,транзистор с;,первый 5 игрсй б диогы.,первый 7,второй 8,шестой 2 )четвертый 10, пятый 11 и третий 12резисторы, шину 13 запуска, выходную информационную шину 14 и шину 15 питания.Инверсный вход приемника 1 с линии соединен с шиной запуска,прямой вход приемника 1 с линиичерез резистор 7 соединен с общей шиной, а через параллельную КС-цепь 3со своим выходом, который непосред Оственно соедИнен с инверсным входомприемника 2 с линии, а через резистор 8 - с шиной 15 питания, черезрезистор 15 - с базой транзистора 4,которая через резистор 12 - с базой 15транзистора 4, которая через резистор 11 соединена с шиной 15 питания,Эмиттер транзистора 4 через резистор 10 продключен к шине 15 питания,коллектор транзистора 4 соединен с 20прямым входом приемника 1 с линии,а через параллельную КС-цепь 3 соединен с выходом приемника 1 с линии,Параллельно базоколлекторному переходу транзистора 4 включен диод 5, 25прямой вход приемника 2 с линиисоединен соответственно через диод 6 с эмиттером транзистора 4, а через резистор 9 - собщей шиной, Выход приемника 2 с линии является 30выходом дискриминатора-формирователя.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии на выходе первого дифференциального приемни ка 1 с эмиттерно-связанной логикой (ЭСЛ) поддерживается более положительный уровень логической "1 , отвечающий (-0,85 В), а на выходе второго дифференциального приемника 2 - уровень логического "О", отвечающий .-(-1,75 В). Последнее обеспечивается путем задания запирающего напряжения на прямом входе приемника 2 (относительно его инверсного выхода), величина которого с помощью делителя из диода 6 и резистора 9 поддерживается на уровне (-1,25 В), отвечающего уровню напряжения переключения дифференциального приемни ка с линии в номинальном для него режиме функционирования, Б то же время с помощью резистора 10 режимный ток транзистора 4 задается таким, чтобы величина порогового напряжения 55 на прямом входе приемника 1 поддерживалась на уровне -,-1,15 В). Благодаря этому удовлетворяются условия,при которых переключение триггера Шмитта в случае увеличения амплитуды сигнала на шине 13 запуска логического "0" до (-1,28 В) происходит на участке максимальной крутизны передаточной характеристики предусилителя, реализуемого как правило, на аналогичном приемнике 1 типа дифференциального приемника с линии, Вместе с этим для существенного повышения стабильности порога срабатывания и уменьшения длительности процесса переключения триггера Шмитта и соответственно уменьшения результирующей погрешности временной привязки дискриминатора-формирователя, передаточное (по постоянному току) отношение цепи обратной связи, образуемой КС-цепью 3 и резистором 7, задают максимально возможным и равным К = (0,5-0,55) вместо максимально допускаемой в известном устройстве величины К= 0,25 (при большей величине К в известном устройстве оказывается невозможным формирование коротких импульсов с резким срезом заднего фронта, а также обеспечение его высокой чувствительности из-за увеличения ширины петли гистерезиса). При этом в исходном состоянии высокочастотный германиевый транзистор 4, например, типа ГТ 329 В, благодаря заданию на его базе с помощью резисторов 11 и 12 напряжения (-1,0 В), находится в режиме неглубокого насыщения, фиксируемого посредством нелинейной обратной связи через германиевый импульсный диод 6 с малым временем восстановления обратного сопротивления, в основном предназначенный для повышения температурной стабильности порога срабатывания триггера Шмитта.В указанных условиях при поступлении с предусилителя на шину 13 запуска импульса напряжения с амплитудой, превышающей порог отпирания дифференциального приемника 1 на уровне, при котором коэффициент его передачи оказывается не меньшим еди - ницы, происходит регенеративное переключение триггера Шмитта. Сигнал с логического 0 с выхода триггера Шмитта поступает на инверсный вход второго дифференциального приемника 2 и по превышении второго дополнительного вводимого здесь порога дискриминации уже по прямому входу при1115212 т. рай цагрзак емника 2 обуславливает его отпирание. При этом практически в течение всей стадии регенеративного переключения триггера Шмитта пороговое напряжение на прямом входе приемника 2 остается неизменным поскольку, несмотря на поступление запирающего импульса в базу транзистора ц, его коллекторный переход благодаря пгунтирующему действию ускоряющей емкости КС-цепР 1 3 продолжает оставаться смеп 1 енным в прямом направлении на несколько единиц Ч, где ф, - температурный потенциал, при 300 К равный - 25 мВ.Однако к моменту завершения стадии переключения триггера Шмитта эмиттерный ток германиеваго транзистора ч в силу изначального задания малой степени ега насыщения и сравнительно быстрому эмиттерному рассасыванию избыточных носителей в подобном ключе-звезде, начинает заметна уменьшаться. Соответственна отрицательное приращение цапряженияс эмиттера транзистора 4 поступаетна прямой вход приемника 2 и с дополнительной задержкой, Вносимой делением этого сигнала на германиевомимпульсном диоде 6 и резисторе 9,обеспечивает надежное "эапирание"дифференциального приемника 2 путем установления на его входе разно:;и потенциалов не менее С 12 В. 1 ВГ;у-; тате на выходе приемника 2 з Вершается Формирование положительного им ПУЛЬСа ДЛИТЕЛЬНОСТЬ .От ПР "номинальной" Величине С = Тв,/(КЮК,-) ускоряющей емкости КС-цепи 3 сравнительно легко может сыть минимизирована до величины задержки распространения информации р через приемник 2, где К - сопротивление резистора 7, Е - сопротивление резистора цепи 3.1Существенное влияние на повышение стабильности формирования таких коротких импульсов оказывает задержанная отрицательная обратная связь, воздействующая через транзистор 4 на цепь регенетативной связи триггера Шмитта. Содержание данного отличия определяется тем, что поддерживая таким путем В течение стадии формирования выходного импульса максимальное значение коэффициента усилении по петле обратной связи триггера Шмитта, обеспечивают сахраКЕНИЕ У НЕГО В ТЕЧЕНИЕ ВСЕГО Этогг периода предельной ширины петли гистерезиса, Тем самым подавляются условия для зависающих включений 5 триггера Шмитта и, как следствие,для формирования урезанных импульсов на шине 14 в характерных ситуа;,иях для дискриминации наносекундных импульсов, когда продолжительностьдействия входного сигнала на уровне Вышеуказанного порога отпирания приемника 1 оказывается близка к величине Тг. Однако достигаемое за счетфэтого улучшения соответствующих метрологических качеств устройства не предОпределяет ухудшения его Времени Восц:;ленив и потерю чувствительности к ;-.ку к моменту окончания стадии Формнразация шкодого импульса фуцх.0 ;.,Оцг;,О;ан,;е тааэистора 4 характеризустгч установлением у ега панижнна.о значения коллекторого такаСаог етственцо передаваемый В этцслучае с базы транзисторана прямой ьхад приемника 1 сигнал логчекаО О понижает (па аосолю ной ВГличицс порог ега ОтГуг";Вця, Всл: - д Гтвие этого прОисхадит езкгг сужен БЕ г ГИ 1 ИСЗ Ерс гига Тг.; Р Ера Шиитта д.;Р.ксирус:О - .утем изаальага зада НИВ О,ИМа.гьОИ ГлубиБЫ ОтрИцаТЕЛЬОЧ Оагай ; ВЯЗИ ЧЕРЕЗ ТРаНЗИГ;"ОрТ,Е Пути ИзцачаЛЬНОГГ ЗаД,: ццц г.аЛ":-"жащЕГО СООтНОШЕНИя МЕждуВельица.ц ега коллекторай и эмит 1 аким Обсазгэ, БРН спаДВ ам .литУ"ды запускающего Гигназца ца шине 13 Ониже мицимизирОВаннага (по абсолютной Величине порога отгусканинтриггера Шмтта происходит регецератиВнОе Возвращение ПОследнеГО В НГходцое состояние. При этом с установлением сигнала логической 1 на его Вьходе и соответственно с установлением максимальнога значения коллектарнаго тока транзистора монотонно Возрастает величина запирающей разности потенциалов на входах элемента 2 с 0,2 В до0,4 В, исключающая возможность егоспорадических пралезаний" каких-либэ помех или перекрестных наводак на информационный выход устройства,В предлагаемом дискриминатореформирователе в Отличие От известна" го отпадает необходимость в удовлетПодписнокомитета СССРоткрытийаушская наб., д. 4/ аж 861ственноетенийЖ; илиал ППП "Патент", г. Ужгород оектная,ворении взаимопротиворечивых требований при обеспечении высоких метро,логических качеств устройства без ухудшения надежности его функционирования, При сопоставительной экс периментальной проверке Предлагаемого устройства по отношению к известным аналогичного назначения такое схемное решение при его сравнительно простой и экономичной струкОтуре позволяет обеспечить достижение предельных технико-эксплуатационных показателей используемой элементной базы, в качестве которой использовались микросхемы серии МЕСЕ 10.000с временем задержки распространениясигнала Тр = 2 нс, Функционально пол.ная схема предлагаемого дискриминатора-формирователя, включая его предусилитель и выходной одновибратор,может быть реализована при использовании лишь одной микросхемы,Кроме того, разрешается ряд проблем по надежной дискриминации и формированию наносекундных сигналов смногосчетчиковых систем.