Кмдп-компаратор с регенерацией

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 14106 А 03 К 5/24, 6 05 В 1/О И ОПИ ТО У СВИДЕТ на, ецьсной и по- МДП- ение еняю- бляержит ый на одном переОСУДАРСТВЕНЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к импултехнике и может использоваться прстроении аналого-цифровых схем натранзисторах. Цель - повышдостовеоности сравнения медленно мщихся сигналов и уменьшение потремой мощности. Компаратор содесобственно компаратор, построеннтрех каскадах; дифференциальном вхкаскаде 6, каскаде 12 суммирования и БРЕТЕНИЯ хода к двухпроводному выходу, выходном каскаде 13 инвертирующего усилителя, а также содержит первый и второй элементы 2,14 смещения с источниками вытекающего тока, два ждущих мультивибратора, построенных на О-триггерах 18,19 и элементах 20,21 задержки импульсного сигнала, комбинационную схему формирования сигналов управления элементами 2,14 смещения, выходной триггер-защелку, состоящий из КМДП ключей 29,30, инверторов 26,27.28. При нахождении входного сигнала вне зоны нечувствительности (неопределенности) компаратора выходной сигнал компаратора устойчиво принимает единичное или нулевое логическое состояние. При попадании входного сигнала в зону неопределенности один или оба О-триггера 18, 19 переходят в единичное состояние и с учетом предыдущего состояния компаратора включается тот элемент смещения, который обеспечи1614106 вает смещение входного дифференциального каскада 6, эквивалентное мгновенному выходу входного сигнала из зоны неопределенности а определенное логическое состояние. Длительность интервала действия регенеративной обратной связи превышает Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении аналоговых и аналого-цифровых схем на МДП-транзисторах.Цель изобретения - повышение достоверности сравнения медленно меняющихся сигналов и уменьшение потребляемой мощности за счет уменьшения генерации.На фиг. 1 представлена принципиальная.схема КМДП-компаратора с регенерацией; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,КМДП-компаратор с регенерацией содержит источник 1 управляющего напряжения, первый элемент 2 смещения, состоящий из генератора 3 вытекающего тока на транзисторе р-типа, токового отражателя 4 на транзисторах п-типа, ключа 5 на транзисторе п-типа, дифференциальный каскад 6, состоящий из дифференциальной рары на первом 7 и втором 8 транзисторах р-типа, генератора 9 тока на третьем транзисторе р-типа, токового отражателя, выполненного на нагрузочных транзисторах 10 и 11 п-типа, усилитель 12 с общим источком, инвертирующий усилитель 13, второй элемент 14 смещения, состоящий из генератора 15 втекающего тока на транзисторе п-типа, токового отражателя 16 на транзисторах р-типа, ключа 17 на транзисторе ртипа, первый 18, второй 19 О-триггеры, первый 20 и второй 21 инвертирующие элементы задержки, первый 22 и второй 23 элементы И, элемент ИЛИ 24, первый 25, второй 26, третий 27 и четвертый 28 инверторы, первый 29 и второй 30 КМДП-ключи на транзисторах. и- и р-типа, конденсатор 31, выходную шину 32 и шину 33 источника напряжения (Е), при этом дифференциальный каскад 6, усилитель 12 с общим источником и инвертирующий усилитель 13 соединены последовательно, затвор первого 7 транзистора дифференциального каскада 6 является неинвертирующим, затвор второго транзистора 8 - инвертирующим входами компаратора, истоки первого 7 и второго 8 транзисторов обьединены и подключены к выходу генератора 9 тока на третьем транзисторе р-типа, затвор которовремя перехода входным сигналом, имеющим минимальную скорость изменения напряжения, всей зоны неопределенности, что позволяет подавить нежелательный высокочастотный колебательный сигнал (дребезг) на выходе компаратора. 2 ил,го соединен с источником 1 управляющего напряжения, сток первого 7 транзистора соединен с входом отражателя тока, выполненного на нагрузочных транзисторах 10 и 5 11, сток первого транзистора 7 соединен свыходами отражателя 4 тока и первого элемента 2 смещения, вход отражателя 4 тока соединен с выходом генератора 3 вытекающего тока на транзисторе р-типа, затвор 10 которого подключен к источнику 1 управляющего напряжения, исток выходного транзисторэ отражателя 4 тока подключен к стоку транзистора и-типа ключа 5, сток первого транзистора 7 соединен с выходами 15 отражателя 16 тока и второго элемента 14смещения, вход отражателя 16 тока соединен с выходом генератора 15 втекающего тока на транзисторе п-типа, затвор которого подключен к выходу источника 1 управляю щего напряжения, исток выходного транэисторэ отражателя 16 тока подключен к стоку транзистора ключа 17, затвор которого соединен с выходом первого инвертора 25, затвор транзистора ключа 5 соединен с 25 выходом первого элемента И 22 и входомэлемента ИЛИ 24, другой вход которого соединен с входом первого инвертора 25 и выходом второго элемента И 23, О-входы Р-триггеров 18 и 19 соединены с шиной ЗЗ30 источника напряжения, С-входы - с выходом инвертирующего усилителя 13, прямой выход первого О-триггера 18 - с первым входом первого элемента И 22, инверсный выход - с входом первого инвертирующего 35 элемента 20 задержки, выход которого соединен с Я-вхо,.;ом первого О-триггера 18, прямой выход второго О-триггера 19 соединен с первым входом второго элемента И 23, инверсный выход - с входом второго инвер тирующего элемента 21 задержки, выход которого соединен с В-входом второго О-триггера 19, второй вход первого элемента И 22 соединен с выходом третьего инвертора 27, входом четвертого инвертора 28 и 45 через конденсатор 31 с общей шиной, выходэлемента ИЛИ 24 соединен с входом второго инвертора 26. затвором транзистора р-типа первого КМДП-ключа 29 и затвором транзистора и-типа второго КМДП-ключа50 5 10 15 20 25 30 35 40 30, исток транзистора р-типа первого КМДП-ключа 29 соединен со стоком транзистора и-типа и выходом инвертирующего усилителя 13, сток транзистора р-типа первого КМДП-ключа 29 соединен с истоком транзистора п-типа, входом третьего инвертора, истоком и стоком транзисторов р- и и-типа второго КМДП-ключа 30, сток и исток которых соединены с выходом четвертого инвертора 28, с вторым входом второго элемента И 23 и выходной шиной компаратора, выход второго инвертора 26 соединен с затвором,транзистора и-типа первого КМДП-ключа 29 и затвором транзистора ртипа второго КМДП-ключа 30.КМДП-компаратор с регенерацией работает следующим образом.Предположим, что напряжение нэ неинвертирующем входе компаратора "+" монотонно возрастает со скоростью не более 1 мВ/мкс от очень малого или нулевого значения, а на инвертирующий вход "-" подается опорное напряжение, задающее порог компаратора. Пусть компаратор имеет зону нечувствительности 10 мВ. При этом О-триггеры 18 и 19 в начальный момент времени находятся в нулевом состоянии, первый КМДП-ключ 29 открыт, второй КМДП-ключ ЗО закрыт и эапряжение низкого логического уровня с выхода инвертирующего усилителя 13 через последовательно соединенные третий 27 и четвертый 28 инверторы поступает на выход компараторэ; Ключ 5 первого элемента 2 смещения и ключ 17 второго элемента 14 смещения закрыты. Как только напряжение на неинвертирующем входе компаратора достигает зоны нечувствительности возникает высокочастотная генерация с частотой 5 - 10 МГц, которая для устройства-прототипа определяется интервалом времени Лг=Оэн/Чь где Он - диапазон зоны нечувствительности компаратора, Ч- скорость изменения входного сигнала на неинвертирующем входе компаратора, В течение этого интервала времени резко возрастает потребляемая мощность и отсутствует достоверная информация о сравнении входного сигнала с опорным напряжением.В предлагаемом устройстве при появлении на выходе инвертирующего усилителя 13 сигнала высокочастотной генерации па переднему фронту этого сигнала переключается в единичное состояние первый О- триггер 18 и по заднем фронту сигнала переключается в единичное состояние второй О-триггер 19. Единичное состояние триггеров поддерживается неизменным до завершения интервала временной задержки тэ,.формируемой двумя элементами 20 и,21 задержки импульсного сигнала, подключаемыми к инверсным выходам первого 18 и второго 19 О-триггеров. Длительнрсть интервала временной задержки т должна превышать интервал времени, необходимый для прохождения входным сигналом зоны нечувствительности компаратора. Напряженив высокого уровня на выходе третьего инвертора 27 является разрешающим для прохождения сигнала с прямого выхода первого О-триггера 18 на выход элемента И 22, при этом блокируется прохождение сигнала с прямого выхода второго О-триггера 19 на выход элемента И 23. Напряжение низкого уровня с выхода элемента И 23 поступает .на один вход элемента ИЛИ 24, разрешая прохождение сигнала прямого выхода перво д О-триггера 18 на выход элемента ИЛИ 24, Сигнал высокого уровня на выходе элемента ИЛИ 24 открывает второй 30 и закрывает первый 29 КМДП-ключи выходного триггера-защелки, обеспечивая сохранение на выходе компаратора неизменного предыдущего, нулевого, логического состояния, Для устранения неравенства задержки распространения сигналов по двум цепям: первый 29 КМДП- ключ - третий инвертор 27 и йервый О-триггер 18 - элемент И 22 - элемент ИЛИ 24, включен конденсатор 31. Значение емкости конденсатора 31 выбрано не менее 2 пФ, что обеспечивает разность задержек не более 2 нс при выходном сопротивлении МДП- транзистора около 10 кОм. Напряжение высокого уровня с выхода элемента И 22 открывает МДП-транзистор и-типа ключа 5, через который из дифференциального каскада компаратора вытекает ток, определяемый током генератора 3 вытекающего тока и соотношением размеров транзисторов токового отражателя 4, что эквивалентно мгновенному увеличению напряжения входного сигнала на неинвертирующем входе компдрэторд нд величину 0=выт /яв Где выл. - вытекающий ток; 9 П, - крутизна характеристик входных транзисторов 7 и 8 входного дифференциального каскада 6 (пунктир на фиг.2). Таким образом осуществляется регенеративная обратная связь на вход компаратора, По окончании длительности единичного импульса на выходе первого О-триггера 18, за которую входной сигнал выходит из зоны нечувствительности, а выходной сигнал инвертирующего усилителя 13 устойчиво принимает единичное логическое состояние, внов открывается первый КМДП-ключ 12 и закрывается втсрой КМДП- ключ 30 и выходной сигнал инвертирующего усилителя 13 проходит на выход компаратора, При монотонном изменении входного1614106 30 35 предлагаемого КМДП-компаратора с регенерацией заключается в повышении досто 45 50 55 сигнала компаратора на неинвертирующем входе фт большого к малому или нулевому высокий логический сигнал с прямого выхода второго О-триггера 19 через открытый элемент И 23 (элемент И 22 при этом блокирован сигналом низкого уровня с выхода третьего инвертора 27) и инвертор 25 открывает ключ 17 второго элемента 14 смещения. В течение прохождения входным сигналом зоны нечувствительности включается генератор втекающего тока, что эквивалентно мгновенному уменьшению входного сигнала компаратора на неинвертирующем входе на величину О=1 втек./9 в, где 4 тек, - втекающий ток; цв - крутизна характеристик, входных транзисторов 7 и 8, т.е, осуществляется регенеративнэя связь, ускоряющая выход компэратора из зоны нечувствительности. Выходной сигнал компаратора во время действия обратной связи остается неизменным, равным предыдущему высокому логическому сигналу, так как на Это время вновь закрывается выходной триггер- защелка. По окончании длительности единичного импульса нэ прямом выходе второго О-триггера 19 и.соответственно выходе элемента ИЛИ 24 сигнал высокого уровня с выхода инвертирующего усилителя13 через третий и четвертый инверторы 27 и28 поступает на выход компаратора. Таким образом, за счет введения ампЛитудной и временной селекции сигналов, при нарастании и спаде входного сигнала компараторэ исключается высокочастотная генерация (дребезг) на выходе компарэтора, предотвращаетсувеличение потребляемой мощности, повышается достоверность анализа входной аналоговой информации,Технический эффект от использования верности анализа аналоговой информации и уменьшении потребляемой мощности за счет устранения генерации при сравнении медленно меняющихся сигналов близких амплитуд.ф о р мул а изобретен и я КМДП-компаратор с регенерацией, выполненный на полевых транзисторах, содержащий источник управляющего напряжения, первый элемент смещения, состоящий из генератора вытекающего тока, . отражателя тока и ключа, э также последовательно соединенные дифференциальный каскад, усилитель с общим истоком и инвертирующий усилитель,а дифференциальный каскад выполнен на первом и втором транзисторах р-типа, затвор первого из которых является соответственно неинвертирующим, а затвор второго - инвертирующим 5 10 15 20 входами компаратора, истоки первого и второго транзисторов обьединены и подключены к выходу генератора тока дифференциального каскада на .третьем транзисторе р-типа, затвор которого соединен с входом источника управляющего напряжения, а нагрузкой дифференциального каскада являются нагрузочные транзисторы. п-типа, затворы которых обьединены и подключены к стоку первого транзистора и выходу отражателя тока первого элемента смещения, выполненного на транзисторах п-типа, а вход отражателя тока соединен с выходом генератора вытекающего тока первого элемента смещения на транзисторе р-типа, затвор которого подключен к входу источника управляющего напряжения, а исток выходного транзистора отражателя тока первого элемента смещения подключен к стоку транзистора и-типа ключа, исток которого подключен к общей шине, шину источниканапряжения,отличающийся тем,что, с целью повышения достоверности сравнения медленно меняющихся сигналов и уменьшения потребляемой мощности зэ счет уменьшения генерации, в него введены второй элемент смещения, содержащий генератор втекающего тока, отражатель тока и ключ, первый, второй О-триггеры, первый и второй инвертирующие элементы задержки, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ, первый - четвертый инверторы, первый и второй КМДП-ключи на транзисторах и- и р-типа, конденсатор, при этом сток первого транзистора дифференциального каскада соединен с выходом отражателя тока второго элемента смещения, выполненного на транзисторах р-типа, вход отражателя тока соединен с выходом генератора втекэющего тока второго элемента смещения на транзисторе п-типа, затвор которого подключен к выходу источника управляющего напряжения, исток выходного транзистора отражателя, тока второго элемента смещения подключен к стоку транзистора р-типа ключа, затвор которого соединен с выходом первого инвертора, затвор транзистора и-типа ключа первого элемента смещения соединен с выходом первого элемента И и с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входом первого инверторэ и выходом второго элемента И, О-входы первого и второго О-триггеров соединены с шиной источника напряжения, С-входы -с выходом инвертирующегоусь лителя, прямой выход первого О-триггера соединен с первым входом первого элемента И, инверсный выход - с входом первого инвертирующего элемента задержки; выход которого соеди1614106 10 бхаднайсигнал Зюхад Ю- триггера ьхад Ютриггера Выхад елемеап И 2 Выхад ялемента НЕ 25а Вьхад зле юла ИПИ 2 Выхад усилигоелюхад0 Составитель Н, МаркиТехред М.Моргентал Корректор В, Гирняк едактор Л, Пчолинс акаэ 3897 Тираж 667 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 нен с В-входом первого О-триггера, прямой выход второго О-триггера соединен с первым входом второго элемента И, инверсный выход соединен с входом второго инвертирующего элемента задержки, выход которого соединен с В-входом второго О-триггера, выход элемента ИЛИ соединен с входом второго инвертора, с затвором транзистора р-типа первого КМДП-ключа и затвором транзистора и-типа второго КМДП-ключа, исток транзистора р-типа первого КМДП- ключа соединен со стоком транзистора и-типа и выходом инвертирующего усилителя, сток транзистора р-типа первого КМДПключа соединен с истоком транзистора и-типа, входом третьего инвертора, истоком и стоком транзисторов р- и и-типа второго КМДП-ключа, сток и исток которых соедине ны с выходом четвертого инвертора, вторым входом второго элемента И и выходной шиной компаратора, выход второго инвертора соединен с затвором транзистора и-типа первого КМДП-ключа и затвором 10 транзистора р-типа второго КМДП-ключа.вход первого элемента И соединен с выходом третьего инвертора и входом четвертого инвертора и через конденсатор подключен к общей шине,