Интегральный преобразователь импульсов

(19) 51) 4 5/01 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСНОМУ ЛЬСТВУ 9 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к импульсной.технике и может быть использовано для формирования двухуровневыхи многоуровневых импульсов управления регистрами и секциями накопленияи хранения фоточувствительных микросхем с зарядовой связью, Цель изоб.ретения - повышение точности формиро3 1499449 4вания выходных уровней и быстродейст-, зователь токозадающий элемент 249 вия. Интегральный преобразователь отражатели 25, 26 тока, инвертируюимпульсов содержит блок 1 Формирова- щии каскад 27, транзисторы 28, 29, ния выходных уровней с входами 2-4,выходной транзистор 30, ключевой которые являются входами задания элемент 31 с управляющим входом 32Ф уровней преобразователя, выходом 9, элемент 33 смещения, конденсаторы 36Ф который является выходом преобразова позволяют исключить колебательный теля с входами 10-12 задания режима, процесс на выходе источника опорного блок 13 токораспределения с выходами 10 напряжения, что Повышает точность 14- 16 и входом 17, источник 18 опор- Формирования выходных уровней и быст,ного напряжения, Введенные в преобра- родействие, 1 з.п. Ф-лы, 2 ил,табл, Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использованодля Формирования двухуровневых и многоуровневых импульсов управления ре" 20гистрами и секциями накопления ихранения Фоточувствительных микросхемс зарядовой связью (ФМЗС).Целью изобретения является повышение точности формирования выходных 25уровней и быстродействия за счет исключения колебательного процесса навыходе источника опорного напряжения.На фиг.1 приведена принципиальнаяэлектрическая схема интегрального 30преобразователя импульсов;на Фиг,2графики, иллюстрирующие работу предлагаемого (сплошные линии) и извест.ного (пунктирные линии) преобразователей при импульсном воздействии на 35входе управления режимом: а - входноевоздействие;. б - зависимости коллекторного тока эталонного транзистораот времени; в - влияние переходныхпроцессов в источнике опорного напряжения на выходные уровни преобразователя при неизменных состояниях навходах выбора уровней,Интегральный преобразователь импульсов содержит блок 1 Формирования 45выходных уровней с входами 2 - 4,которые являются входами выбора уровней преобразователя, шинами 5 - 8питания, которые являются входамизадания уровней преобразователя, выходом 9, который является выходомпреобразователя, и входами 10 - 12задания режима, блок 13 токораспределения с выходами 14 - 16, входом 17,источник 18 опорного напряжения,включающий токозадающий элемент 19,отражатель 20 тока, повторитель 21напряжения, инвертирующий каскад 22,эталонный транзистор 23, Кроме того,интегральный преобразователь имйульсов содержит токозадающий элемент 24, отражатели 25 и 26 тока, инвертирующий каскад 27, первый, второй и выходной транзисторы 28 - 30 соответственно, ключевой элемент 31 с управляющим входом 32, который является. входом управления режимом преобразователя, элемент 33 смещения, общую шину 34, конденсаторы 35 - 37, при этом входы 10 - 12 блока 1 соединены соответственно с выходами 14 - 16 блока 13, вход 17 которого соединен с выходом источника 18, выход токозадающего элемента 19 соединен с выходом отражателя 20 и входом повторителя 21, выход которого является выходом источника 18 и через инвертирующий каскад 22 подключен к базе эталонного транзистора 23, коллектор которого соединен с входом отражателя 2 О, выход токозадающего элемента 24 соединен с выходом отражателя 25 и входом инвертирующегокаскада 27, выход которого соединен с базой тран" зистора 28 коллектортранзистора 28 соединен с эмиттером транзистора 29, коллектор которого соединен с входом отражателя,25, а база через элемент 33 подключена к входу отражателя 26 и первому выводу ключевого элемента 31, второй вывод которого соединен. с общей шиной 34, выход отражателя 26 соединен с базой выходного транзисто" ра 30, коллектор которого соединен с выходом отражателя 20 тока между входом и выходом отражателей 20 и 25 тока включены соответственно конденсаторы 35 и 36, а между выходами от" ражателей 20 и 26 включен конденсатор 37.Кроме того, источник 18 может содержать дополнйтельный эталонный30 55 51499транзистор 38 дополнительный повторитель 39 напряжения, выход которогоявляется дополнительным выходом 40источника 18 и транзистор 4 1; приэтом дополнительный эталонный транзистор включен эмиттером и коллектором между коллектором эталонноготранзистора 23 и входом отражателя20 тока, а его база подключена к входу дополнительного повторителя 39,выход которого подключен к базе транзистора 41, эмиттер и коллектор транзистора 4 1 соединены соответственнос общей шиной 34 и базой дополнительного эталонного транзистора 38, дополнительный выход 40 подключен кдополнительному входу блока 13 токораспределения,Кроме того, блок 1 формированиявыходных уровней может содержать20транзисторы 42 - 50,Интегральный преобразователь импульсов работает следующим образом.Ток 11, протекающий через токозадающий элемент 24, сравнивается сколлекторным током транзистора 29с помощью отражателя 25 тока. Сигналошибки при разбалансе токов усиливается вторым инвертирующим каскадом27 и транзистором 28 и подается впротивофазе в эмиттерную цепь транзистора 29, включенного по схеме собщей базой (ОБ). При использованиирезистора в качестве токозадающегоэлемента 24 и в отсутствие разбаланса З 5коллекторный ток транзистора 29 определяется следующим соотношением,р 5иф й 40где П - напряжение источника питания, обеСпечивающего токчерез токозадающий элемент24;сопротивление резистора токозадающего элемента 24;К - сопротивление резистора,шунтирующего вход отражателя 25 тока;11 - прямое падение напряжения50на переходах база - эмиттертранзисторов инвертирующегокаскада 27 и отражателя 25.Входной ток отражателя 26 токаесть базовый ток транзистора 291ЬЬУ 16 й й1 Ргде К - коэффициент, определяемый соотношением площадей эмиттерных переходов транзисторов вотражателе 26 тока,Тогда коллекторный ток вькадноготранзистора 30 1равен 1 К.Если же ключевой элемент 31 откРыт 1,6, а значит и 1равнынулю. Элемент 33 смещения исключаетнелинейный режим схемы с общей отрицательной обратной связью (ООС),включающей отражатель 25 тока, транзисторы 28 и 29 и инвертирующий каскад 27,Источник 18 опорного напряженияработает следующим образом,Суммарный ток 1 токозадающегоэлемента 19 и выходного трансзистора30 сравнивается с коллекторным токомэталонного транзистора 23 (либо сколлекторным током дополнительногоэталонного транзистора 38) с помощьюотражателя 20 тока. Сигнал ошибкиусиливается с помощью повторителя 21напряжения и инвертирующего каскада22 и подается в противоФазе в базовуюцепь эталонного транзистора 23 (либопосле дополнительного усиления эталонным транзистором 23 в эмиттернуюцепь дополнительного эталонного тран"зистора 38, включенного по схеме ОБ).В отсутствие разбаланса напряжениена входе источника 18 опорного напряжения определяется соотношением 1Еэя 2 2 эф1.У- при замкнутом ключевом элементе 31;- при разомкнутомключевом элементе 31,где 1+К 1о 4496дем считать, что на коэффициенты передачи всех р - и - р-транзисторов в преобразователе на их рабочих токах одинаковы и равны , что достигается известными конструктивно-топологическими методами, все р - п - ртранзисторы выполнены в виде торцевых или горизонтальных структур).Если ключевой элемент 31 закрыт, выходной ток отражателя 26 определяется по Формуле- огде 3 - коэффициент передачи токабазы транзистора 29 (в дальнейшем бу-,напряжение на прямосмещенном переходе база - эмиттертранзистора инвер 1499449тирующего каскада 22;- сопротивление резистора в его эмиттеоной цепи.Если в источнике 18 используется дополнительный эталонный транзистор 38, то Б определяется соотношениемоо1 10У = П + в вКоо Еъ 2 т / оСргде Ы - коэффициент передачи тока эмиттера торцевых р-и-р-транзисторов в интегральном преобразователе импульсов. В этом случае на дополни тельном выходе 40 источника 18 напряжение определяется .выражением1.У = шд 1 п --- ,4 о гт р 1 фр этгде гп в .коэффициент, учитывающий неидеальность эмиттерного перехода транзистора 41;1 - тепловой ток эмиттерного пестрехода транзистора 41;Ц) - температурный потенциал.Соответствующим выбором площадейэмиттерных переходов транзистора инвертирующего каскада 22 и соответствующего транзистора в блоке 13 и сопротивлений резисторов в их эмиттерных 30цепях, а также площадей эмиттерныхпереходов транзистора 41 и соответствующего транзистора в блоке 13 получаем выходные токи блока 13 токораспределения, пропорциональные току 1 35(выход 16), либо 1/о (выходы 14и 15), причем практически независимоот температуры кристалла ИС и абсо.лютного разброса коэффициентов усиления транзисторов интегрального 40преобразователя импульсов, Стабильность режимов токов, задаваемых навходы 10-12 задания режима блока 1формирования выходных уровней способствует повышению стабильности временных характеристик интегрального преобразователя, поскольку времена перехода с уровня на уровень и задержки переключения обратно пропорциональны соответствующим режимным токам,В конкретной реализации интегрального преобразователя импульсов блок 1 обеспечивает Формирование четырехуровневых выходных сигналов, предназначенных преимущественно для управления секциями накопления и хранения фоточувствительных микросхем с заряроной связью (ФМЗС), Ниже приведенатаблица соответствия входных логичес.ких и выходного сигналов, в которойБ, - напряжение на г-й шине питания(з.=58),Вход 32 управления режимом согласован по уровням со стандартными ТТЛ(КМОП) логическими схемами, Входноеимпульсное воздействие изменяет состояние ключевого элемента 31. Приэтом базовый ток выходного транзистора 30 изменяется от нуля до значения К 1,/(либо обратно) . Соответственно коллекторный ток выходноготранзистора 30 равен либо нулю, либо К 1, Передача импульсного воздействия на источник 18 опорного напряжения через торцевой р-п-р-транзистор 30, работающий с генераторомтока в базовой цепи, эффективно су,жает спектр импульсного воздействия(тем же целям служит и третий конденсатор 37). Если коэффициенты 3возрастут (при повышении температуры), уменьшение запаса устойчивостиисточника 18 в существенной степеникомпенсируется снижением скоростиизменения коллекторного тока выходного транзистора 30,что обусловленоуменьшением выходного тока отражателя 26 тока, обеспечивающего переза"ряд конденсатора 37, т,е. при изменении Й происходит подстройка параг 9метров импульсного воздействия навходе источника 18 опорного напряжения, снижающая вероятность появлениязначительных колебаний режимных токов при изменении режима преобразователя. В результате, изменение режимных токов блока 1 имеет апериодический характер, уменьшается время установления режима по сравнению сколебательным процессом, исключаютсяложные переключения на выходе преобразователя. Кроме того, оказываетсявозможным объединять вход 32 управления режимом с одним из входов выбора уровней (например, входом 2),что способствует повышению быстродействия преобразователя, исключаетнеобходимость формирования специальньгх сигналов управления режимом, вчастности, опережающих импульсныесигналы на входах выбора уровней,Очевидно, что длительность переходас уровня на уровень при одновременном управлении режимом и входамиуровней имеет промежуточное значениепо сравнению с соответствующим пере 149944950 ходом уровней йри фиксированных режимах с малой или большой мощностьюпотребления,Для сравнения на Фиг,2 приведены5графики, иллюстрирующие работу предлагаемого преобразователя и известного при импульсном воздействии "(фиг,2 а) на входе управления режимом.Коллекторный ток эталонного транзистора 1(и соответственно все режимные токи на входах задания режимаблока формирования выходных уровней)изменяется .в предлагаемом устройствеапериодически. а в известном возникают затухающие колебания (фиг,2 б,сплошная и пунктирная линия соответ-ственно). В результате, в устройствесигналы на входе управления режимомне приводят к искажениям выходныхуровней (сплошные линии на фиг,2 в),20тогда как на выходе известного устройства (пунктир) такие искажениявозникают, Так, при выполнении в из"вестном преобразователе блока формирования выходных уровней по схеме,приведенной на фиг,1 (четырехуровневый вариант), проявляются следующиемеханизмы искажения выходных уровней,Если на выходе установлен 1-йуровень (вариант 1 на фиг,2 в, пунктир), при значительном превышении1установившегося значения и соответствующем увеличении режимных токовблока 1 формирования выходных уровнейнапряжения коллектор - эмиттер насыщения транзисторов 42 и 43 могут превысить напряжения отпирания транзисторов 44 и 45 (из-за падения напряжения на сопротивлении тела коллектора). В этом случае напряжение на базе транзистора 46 и на выходе преобразователя может снизиться, можетдаже возникнуть сквозной ток черезтранзисторы 45 и 46. При снижении режимных токов блока формирования вы-. 45ходных уровней до нуля транзисторы44 и 45 оказываются в режиме с "оторъванной" базой, вследствие чего можетвозникнуть пробой этих транзисторови измениться выходной уровень,Если на выходе установлен второйили четвертый уровень (варианты 2и 3), то при определенном уменьшениирежимных токов сначала включаютсятранзисторы 47 или 48 (из-за наличиярезисторов, шунтирующих переходыбаза-эмиттер этих транзисторов),далее до момента полного выключениярежимных токов в базу транзистора 46 протекает ток, который и приводит кизменению выходных уровней, Восстановление 11-го1 Ч-го уровней происходит с помощью транзисторов 49и 50.Ложные переключения на 111-м уровне (вариант 4) могут происходитьвследствие пробоя транзистора 42,который переходит в режим с "оторванной" базой при нулевых режимных токахблока формирования выходных уровней,Для двухуровневого исполненияблока формирования выходных уровней(в известном устройстве) характерныискажения по вариантам 1 и 4Формула изобретения11, Интегральный преобразователь импульсов, содержащий блок формирования выходных уровней, блок токораспределения и источник опорного напряжения, причем входы блока формирования выходных уровней соединены с соответствующими входами выбора уровней устройства, шины питания соединены с соответствующими входами задания уровней, а выход соединен с выходом устройства, входы задания режима блока формирования выходных уровней соединены с соответствующими выходами блока токораспределения, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности формирования выходных уровней и быстродействия за счет исключения колебательного процесса на выходе источника опорного напряжения, в него введены токозадающий элемент, первый и второй отражатели тока, инвертнрующий каскад, первый, второй и выходной р-и-р-транзисторы, ключевой элемент, элемент смещения, при этом выход токозадающего элемента соединен с выходом первого отражателя тока и управляющим входом инвертирующего каскада, выход которого соединен с базой первого транзистора, коллектор первого транзистора соединен с эмиттером второго транзистора, коллектор которого соединен с входом первого отражателя тока, а база через элемент смещения соединена с входом второго отражателя тока и выходом ключевого элемента, управляющий вход которого соединен с входом управления режимом устройства, а первый вход - с общей шиной устройства,1499449 Выход 9 Напряжение О О О О О1 О 1 1 О 1 О 1 1 1 1 О 1 О 1 О 1 О 1 1-Й уровень"0 1 Ч-й уровень 0 1-й уровень 0 1 П-й уровень О 11-й уровень Б 111-й уровень Ц. выход второго отражателя тока соединен с базой выходного транзистора, коллектор которого соединен с входом источника опорного напряжения, допол 5 нительный выход которого соединен с вторым входомблока токораспределения, при этом между входом и выходом первого отражателя тока включен первый конденсатор, а между выходом, второго отражателя тока и коллектором выходного транзистора - второй конденсатор, эмиттеры первого и выходного транзисторов, вход токозадающего элемента и второй вход ключевого 15 элемента соединены с шиной питания, вход инвертирующего каскада соединен с общей шиной. 2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что источник опорного напряжения содержит токозадающий элемент, отражатель тока, повторитель напряжения, инвертирующий каскад, эталонный транзистор и дополнительный эталонный транзистор, имеющие р-п-р-структуру, дополнитель- ный повторитель напряжения и транзистор, причем выход токозадающего Вход 2 Вход 3 Вход 4 Ш элемента соединен с выходом отражателя тока и управляющим входом повторителя напряжения, выход которого соединен с первым выходом источника опорного напряжения, выход повторитепя напряжения через инвертирующий каскад соединен с базой эталонного транзистора, коллектор которого соединен с эмиттером дополнительного эталонного транзистора, коллектор которого соединен с входом отражатедя тока, между входом и выходом отражателя тока включен конденсатор, база дополнительного эталонного транзистора соединена с коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с общей:шиной, а база - с дополнительным выходом источника опорногс напряжения, управляющий вход и выход дополнительного повторителя напряжения соединены соответственно с коллектором и базой транзистора, с шиной питания соединены вход токозадающего элемента, вход повторителя напряжения, эмиттер эталонного транзистора и вход дополнительного повтори" теля напряжения, а с общей шиной - вход инвертирующего каскада.Государственного комитета113035, Москва,ЬПодписноем и открытиям при ГКНТ СССнаб д. 4/5