Дискриминатор-формирователь импульсов наносекундной длительности Советский патент 1984 года по МПК H03K5/01 

и n

Изобретение OTHCICHTCR к имгульс-- , ной технике и можот быть ncrui.ibsoi-aно при построении блоков нан.осекз/ндной - зогичс ской электроники, Б частности при построений в стандарте

КАМАК многоканальных дискриминато1Э ов-формирователей импульсов с быстро

действующих сцинтилляционных или иных.

детекторов заряженных частиц, Изнестен формирователь нмпульсогзна}госекундной д-пительности, содержащий гюследовательно соединенные пег)вый и второй инверторы; опорный диод и дроссель последовательно включенHbiB между выходом и входом второго инвертора, и два последовательно соединенных резистора, первый из KOT-opfin-: подк,)почен параллельно опорному диоду, а второй - к шине источР1ика смс- Ецения 11 ,

Недостатками да:- но го устройства являются низкая стабш ьность амплитуды и формы зыходного сигнала при формировании входнр 1 с импульсов малых длительностей, соизмеримых с ггостоя;)----ной времени дифферендирования, и соот ветственно больишя rTor-peiiiHocTb яроivieHHCiH привязки, огра1ИЧ -:ва 01чая применение -гаких экочо:чических схем i б:летрохгействук1щих устройствах вт)омеп- i ной селекдии.

1- аиболее близкий нзс бпетг-ни о i технической сущнос-г.-i я лье-:: ;; -;-;-.: мина1ор-формировагель имгммгьсов : длителГ)юггги,, :;пдержа-1 . ;-: триггер Шмитта з. перном .дифференциальном приемнике с jo-iHTra,, пный ииверсньм вхогшм с шитгой зэгуска, прямым входом через первый i;ei f TOp тиной питания а чеоО; .-:.п.Те.ПЬНу1Г ;0

RC-цепь - со своим вьгходом, подключенным ерез второй резясто;; к иике питания, и элe -leнт 1зы,дслетп1я ,ч,-ффереипированного сигнала -la дифференпиальном приемнике с линии, соедр5-45 неннь;й выходом с выходкой информационной шиной, прямым входом - с Трямын входом первого д,ифференциалы-1ого при емн1ика с линии, а инверсным входом с источник ом дополыиселького смещеьшя, 50 с которым через третий резистор соединен прямым входом первый дифференциальный приемник721.

Недостатком известного устройства является ограниченная надежность его 55 функционирования при формировании в условиях высокой чувствительности и малого времени восстановления коротких ныходньгх импульсов с д штeлыюcтьЮ; соизмеримой с временем распространения сигнала через один логически элемент,.

Цель изобретения - повышение надежности и уменьшение длительности выходных импульсов.

Поставле}-:ная цель достигается тем что в дискриминатор-формирователь пульсов {аносекундной длительности, содержащий триггер Умитта i-ia первом дифференциальном приемники с линми, С{к;диненный инверсным входом с

запу;:ка5 прямым входом через пергзый резистор с общей шиной и через гг.араллельнус РчС-цепь со своим выходом, )е1;:ным через второй резистор с ши-.: |Тита1П1Я5 второй дифференциальный :-,- .-n;rtK с лиг{ии5 инверсный вход котг:- -:- -:-iex;HHeii -: третьим резис1 ором, -1 .i. -- с выходной информадиоииой иптной; введены четвертый,, пятый i-i

шесг-ой резисторы, первый и BTopoi-i диоды и -1ранзистор и-р-г; типа, причем коллектор этого транзистора с прямым входом первого дифф;:.;к;;; Г1иа,ьного приемника с лигши i-; -и., рез ill ои;::|й ,диод - со своей базой, npi--чеь,- ч -;тод первого диода соединен с :ол.:1ектором транзисгора, а анод ; c/iX базой л которая через трети;; :-; зиг-гс р соединен с инверсным входом .л.гиЬфергм;циапьного приемника с .ли;:ии ;; че-рез -г;ять1Й резистор -- с щиной :тггания. эмиттер транзистора через -:е твс-р ь:й резистор соединен с питания, а через второй диод. со5-ди ieнI ый катодом с змиттером транзис: ора - ; прямым входом второгч:) дьф-Ферекциа -а;по:о приемника с лмлия и через шестой резистор -- с общей и1Имой, зыход первого дкфференциаль};ого приемника с линии соеди:нен с ин-верскым входом второго дифференци-альпого приемника с линии.

Устройство содержит триггер Шмитта на первом дифференциальном

приемнике 1 с линии, элемент выделения дифференцированного сигнала на втором дифференциальном приемнике 2 с ЛИНИИ; парапле.льну1о КС-цепь 3 5 транзистор 4.первый 3 и -1:г;-оро,й 6 диоды,первый 7 ,второй 85П1естой 9

3и

четвертый 10, пятый 11 и третий 12 резисторы, 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 линии через резистор 7 соединен с общей шиной, а через параллельную RC-цепь 3 со своим выходом, который непосредственно соединен с инверсным входом приемника 2 с линии, а через резистор 8 - с шиной 15 питания, через резистор 15 - с базой транзистора 4, которая через резистор 12 - с базой транзистора 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 прямым входом приемника 1 с линии, а через параллельную RC-цепь 3 соединен с выходом приемника 1 с линии. Параллельно базоколлекторному переходу транзистора 4 включен диод 5, прямой вход приемника 2 с линии соединен соответственно через диод 6 с эмиттером транзистора 4, а через резистор 9 - собщей шиной. Выход приемника 2 с линии является

выходом дискриминатора-формирователя i

Устройство работает следующим обрзом.

В исходном состоянии на выходе первого дифференциального приемника 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 (-1,75В). 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 приемника с линии в номинальном для него режиме функционирования. В то же время с помощью резистора 10 режимный ток транзистора 4 задается таким чтобы величина порогового напряжения на прямом входе приемника 1 поддерживалась на уровне ,15В). Благодаря удовлетворяются условия

2 4

при которых переключение триггера Шмитта в случае увеличения амплитуды сигнала на шине 13 запуска логического О до -(-1,28В) 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 повьшени стабильности порога срабатьтания 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 RC-цепью 3 и резистором 7, задают максимально возможным и равным Кд (0,5-0,55) вместо максимально допускаемой в известном устростве величины К, 0,25 (при большей величине 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 ГТ329В, благодаря задан1-ио на его базе с помощью резисторов 11 и. 12 напряжения (-1,ОВ), 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 повьш1ения 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 оказьгоается не меньшим единицы, происходит регенеративное переключение триггера Шмитта. Сигнал с логического О 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 приемника 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 запираю щего импульса в базу транзистора 4, его коллекторный переход благодаря шунтирунлцеьгу действию ускорякмцей емкости КС-цеп15 3 продолжает оставаться смеп енным в. прямом направлении на несколько единиц Фг Д г - тe fпepaтypный потен щал, при 300°К равный - 25 мВ. Однако к моменту завершения стадии переключения триггера Шмитта эмиттерный ток германиевого транзис тора 4 в силу из {ачального задания малой степени его насьпцения и сравнительно быстрому эмиттерному рассасыванию избыточных носителей в подобном ключе-звезде, начинает заметно уменьшаться. Соответственно отрицательное приращение напряжения с эмиттера транзистора 4 поступает на прямой вход приемника 2 и с допо нительной задержкой, вносимой делением этого сигнала на германиевом импульсном диоде 6 и резисторе 9; обеспечивает надежное запирание дифференциального приемника 2 путем установления на его входе ратиос ги потенциалов не менее Q..2 3. S резут тате на выходе приемника 2 Зс:вершается формирование положительного им пульса длительность которого при номинальной величине С Тр / (R;j//R ускоряюв);ей емкости RC-цепк 3 сравнительно легко может быть минимизирована до величины задержки распространения информации Тр через приемник 2, где R, - сопротивление резистора 7, Rj- сопротивление рези тора цепи 3. I Существенное влияние на повьппени стабильности формирования таких коротких импульсов оказывает задержан ная отрицательная обратная связь, воздействующая через транзистор 4 на цепь регенетативной связи тригге ра Шмитта, Содержание данного отличия определяется тем, что поддерживая таким путем в течение стадии формирования вмгсодного импульса мак симальное значение коэффи1Ц ента усиления по петле обратной связи триггера Шмитта, обеспечивают сохра нение у него в течение всего этогс периода предельной ширины петли гистерезиса. Тем самым подавляются условия для зависающих включений триггера Ш титта к, как следствие, для формирования урезанных импульсов на шине 14 в характерных ситуациях для дискриминации наносекундных импульсов 5 когда продолжительность действия входного сигнала на уровне вышеуказанного порога отпирания приемника 1 оказьтается близка к величине Тр, Однако достигаемое за счет этого улучшения соответствующих метроюгических качеств устройства не предопределяет ухудшения его времени вос .-у;л/;--;мления и потерю чувствитетгьности, ,1 л-к:-- :-ру к моменту окончания стадии формкрозания зьжодного импульса функцкон -ро 5ание транзистора 4 характеризуется устанозлением у него пониЖЗНного значения коллекторного тока Соответственно передаваемый в этом случае с базь транзистора 4 на прл-мой вход приемника 1 сигнал логнчес кого О (по абсолютной ве личине) порог его отпугканмя, Всле,:,ствие этого прсм-юходит реткс ; сужен-;-1с истлк гистерезиса триггера Шмитта до ее м инмально допустимой зеличин ;1„ фиксирурмой путем изначал{;ь1ого задания оп1-имальной Г: убины отрицательной обратной связи через транзистор 4. т.е путем изначального зад;; НИИ наллелсащего соотношения между величина:чи его коллекторной и эмит.тет)ной ;1агрузок. Таким образом, при спаде амплитудп запускающего сигнала на шине 13 ниже минимизированного (по абсолютной величине) порога отпускания триггера Шмитта происходит регенеративное возарашение последнего в исходное состояние. При этом с устаV, II, и новлением сигнала логической 1 на его выходе и соответственно с устаноЕленкем максимального значения коллекторного тока транзистора 4 монотонно возрастает величина запирающей разности потенциалов на входах элемента 2 с ,2 В до л-0,4 В5 исключающая возможность его спорадических пролезаний каких-либо помех или перекрестных наводок на информационный выход устройства, 6 прв,члагаемом дискриминатореформирователе в отличие от известного отпадает необходимость в удовлетворении взаимопротиворечивых требований при обеспечении высоких метро,1огических качеств устройства без ухудшения надежности его функционирования. При сопоставительной экспериментальной проверке предлагаемого устройства по отношению к известным аналогичного назначения такое схемное решение при его сравнительно простой и экономичной струк туре позволяет обеспечить достижение предельных технико-эксплуатационных показателей используемой элементной 128 базы, в качестве которой использовались микросхемы серии MECL 10.000 с временем задержки распространения сигнала Тр 2 не. Функционально полная 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 с многосчетчиковых систем.

ДИСКРИММНАТОР-ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ НАНОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ, содержащий триггер Шмитта на первом дифференциальном приемнике с линии, соединенный инверсньпм входом с шиной запуска, прямым входом через первый резистор с общей шиной и через параллельную RC-депь со своим выходом, соединенным через второй резистор с шиной питания, второй дифференциальный приемник с линии, инверсный вход которого соединен с третьим резистором, а выход - с выходной ив-, формационной шиной, отличающийся тем, что, с целью повьппения его надежности и уменьшения длительности выходных импульсов, в него введены четвертый, пятый и шестой резисторы, первьй и второй диоды и транзистор и-р-п типа, причем коллектор этого транзистора соединен с прямым 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 (Л четвертый резистор соединен с шиной с питания, а через второй диод, соединенный катодом с эмиттеромтранзистора - с прямым входом второго дифференциального приемника с линии и через шестой резистор - с общей шиной выход первого дифференциального приемника с линии соединен с инверсным входом второго дифференциального приемника с линии. U1 д