Радиационно стойкое триггерное устройство

 

Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения - повышение быстродействия. Радиационностойкое триггерное устройство содержит первый 1 и второй 2 элементы ИЛИ - НЕ, двунаправленный ключ 3, первый 4 и второй 5 резисторы, первый конденсатор 6, третий 7 и четвертый 8 резисторы, диод 9 и второй конденсатор 10. Шина 11 является шиной начальной установки устройства, шины 12 и 13 - соответственно информационным и тактовым входами устройства, шина 14 - шиной питания устройства. Двунаправленный ключ 3 и элементы ИЛИ - НЕ 1, 2 выполнены по КМОП-технологии. 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в запоминающих и счетных устройствах вычислительной техники и систем управления. Цель изобретения - повышение быстродействия радиационностойкого триггерного устройства. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства. Радиационностойкое триггерное устройство содержит первый 1 и второй 2 элементы ИЛИ-НЕ, двунаправленный ключ 3, первый 4 и второй 5 резисторы, первый конденсатор 6, третий 7 и четвертый 8 резисторы, диод 9, второй конденсатор 10. Шина 11 является шиной начальной установки устройства, шины 12 и 13 - соответственно информационным и тактовым входами устройства, шина 14 - шиной питания устройства. Управляющий вход двунаправленного ключа 3 соединен с тактовым входом устройства (шиной 13), выход двунаправленного ключа 3 соединен с выводом резистора 4 и с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 1, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 2, один из выводов конденсатора 6 соединен с общей шиной, второй вывод резистора 4 подключен к другому выводу конденсатора 6 и через резистор 5 - к выходу элемента ИЛИ-НЕ 2. Вторые входы элементов ИЛИ-НЕ 1,2 соединены с шиной начальной установки устройства 11, шина питания 14 подключена через резистор 7 к плюсовым выводам питания двунаправленного ключа 3 и элементов ИЛИ-НЕ 1, 2 и к катоду диода 9, который включен параллельно резистору 8, анод диода 9 через конденсатор 10 соединен с общей шиной. Двунаправленный ключ 3 и элементы ИЛИ-НЕ 1,2 выполнены по КМОП-технологии. Радиационностойкое триггерное устройство работает следующим образом. В отсутствии импульса ионизирующего излучения при подаче напряжения питания (U_пит) на шину 14 на плюсовых выводах питания двунаправленного ключа 3 и элементов ИЛИ-НЕ 1,2 сразу же устанавливается начальное напряжение (U_нач), величина которого превышает минимально допустимое напряжение питания микросхем (U_k=U_нач, где U_k - напряжение на плюсовых выводах ключа 3 и элементов 1,2). Например, величина минимально допустимого напряжения питания может составлять 3 В. Величина напряжения U_нач, определяется выбором сопротивлений резисторов 7, 8. В дальнейшем, по мере заряда конденсатора 10 через резисторы 7, 8 напряжение U_k на плюсовых выводах элементов ИЛИ-НЕ 1,2 и ключа 3 повышается. Поскольку собственное потребление элементов ИЛИ-НЕ 1,2 и двунаправленного ключа 3 в статическом режиме работы составляет величину порядка нескольких микроампер, а сопротивление резистора 7 лежит в диапазоне единиц килоом, напряжение U_k в установившемся режиме будет практически равно напряжению на шине 14 питания устройства (U_k ≈U_пит). Триггерное устройство является работоспособным и может воспринимать информацию сразу же с момента включения напряжения питания по шине 14. Начальная установка устройства осуществляется импульсом положительной полярности, подаваемым по шине 11, при этом, на выходах элементов ИЛИ-НЕ 1,2 будут потенциалы "лог.0". Потенциалом "лог.0" с выхода элемента 2 подтверждается исходное состояние конденсатора 6 (конденсатор 6 разряжен); потенциал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 1 не мешает установлению устройства в исходное состояние, так как после снятия импульса начальной установки исходное состояние триггера, составленного из элементов ИЛИ-НЕ 1,2 с цепью обратной связи, включающей резисторы 4, 5 и конденсатор 6, сохранится за счет заряда на конденсаторе 6. В режиме хранения информации на шинах 12, 13 устройства должны поддерживаться потенциалы "Лог.0". Для переключения устройства в состояние "лог.1" необходимо на информационный вход 12 устройства подать сигнал уровня "лог.1", а по тактовому входу 13 подать управляющий сигнал положительной полярности. Под действием тактового сигнала двунаправленный ключ 3 открывается и подключается информационный вход 12 устройства к первому входу элемента ИЛИ-НЕ 1. На выходе элемента 1 установится сигнал "лог.0", на выходе элемента ИЛИ-НЕ 2 - сигнал "лог.1". Под действием потенциала с выхода элемента ИЛИ-НЕ 2 через резистор 5 и под действием потенциала с выхода ключа 3 через резистор 4 конденсатор 6 заряжается. После заряда конденсатора 6 до уровня напряжения, превышающего пороговое напряжение (U_пор) по первому входу элемента ИЛИ-НЕ 1, тактовый сигнал может быть снят, сигнал на информационном входе 12 устройства после этого может изменяться. При снятии тактового сигнала ключ 3 закрывается, новое состояние триггера поддерживается за счет цепи обратной связи, включающей резисторы 4, 5 и конденсатор 6. Аналогичным образом осуществляется переключение устройства в нулевое состояние: на информационном входе 12, при этом должен присутствовать сигнал "лог.0". При воздействии импульса высокоинтенсивного ионизирующего излучения полупроводниковые переходы элементов ИЛИ-НЕ 1,2, двунаправленного ключа 3 и диода 9 ионизируются; это приводит к протеканию токов ионизации через резистор 7 и ионизированный переход диода 9. В результате конденсатор 10 частично или полностью разряжается. Конденсатор 6, если он заряжен (устройство в состоянии "лог.1"), может разряжаться токами ионизации через резисторы 4 и 5. Допустимое минимальное напряжение на конденсаторе 6, при котором устройство восстанавливает свое состояние (в данном случае, состояние "лог.1") после окончания импульса ионизирующего излучения, определяется пороговым напряжением по первому входу элемента ИЛИ-НЕ 1. Поскольку к моменту окончания импульса ионизирующего излучения конденсатор 10 частично или полностью разряжен, напряжение U_к в первый момент времени после восстановления ионизированных полупроводниковых переходов ниже, чем напряжение в установившемся режиме (U_k ≈U_пит), следовательно, процесс восстановления триггерного устройства под действием остаточного напряжения на конденсаторе 6 будет происходить при более низком по сравнению с установившимся значении напряжения U_к. Поскольку пороговое напряжение логических элементов, выполненных по КМОП-технологии, является линейной функцией от напряжения питания, соответственно, с уменьшением напряжения U_k будет более низким пороговое напряжение элемента ИЛИ-НЕ 1, а значит, и минимально допустимое напряжение на конденсаторе 6, при котором устройство восстанавливает свое состояние после деионизации полупроводниковых переходов. Указанное обстоятельство позволяет обеспечивать устойчивость триггерного устройства в условиях воздействия высокоинтенсивного ионизирующего излучения с заданной длительностью импульса на уровне ионизации полупроводниковых переходов при меньшей величине емкости конденсатора 6. В результате повышается быстродействие триггерного устройства. После восстановления состояния триггерного устройства по мере заряда конденсатора 10 напряжение U_k увеличивается до значения, которое было в схеме до начала воздействия ионизирующего излучения (U_k ≈U_пит). Постоянная времени заряда конденсатора 10 должна быть не менее постоянной времени перезаряда конденсатора 6. Таким образом, из описания работы видно, что устройство обладает повышенным быстродействием за счет того, что при действии импульса ионизирующего излучения и протекании токов ионизации через полупроводниковые переходы элементов ИЛИ-НЕ и двунаправленного ключа напряжение снижается и остается некоторое время пониженным.

Формула изобретения

РАДИАЦИОННО СТОЙКОЕ ТРИГГЕРНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее двунаправленный ключ, два элемента ИЛИ - НЕ, два резистора и конденсатор, при этом вход двунаправленного ключа является информационным входом устройства, управляющий вход двунаправленного ключа соединен с тактовым входом устройства, а выход - с первым выводом первого резистора и с первым входом первого элемента ИЛИ - НЕ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ - НЕ, один из выводов конденсатора соединен с общей шиной, а двунаправленный ключ и элементы ИЛИ - НЕ выполнены по КМОП-технологии, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены третий и четвертый резисторы, диод и второй конденсатор, второй вывод первого резистора подключен к другому выводу первого конденсатора и через второй резистор - к выходу второго элемента ИЛИ - НЕ, вторые входы элементов ИЛИ - НЕ соединены с шиной начальной установки устройства, шина питания которого подключена через третий резистор к плюсовым выводам питания двунаправленного ключа и элементов ИЛИ - НЕ и к катоду диода, который включен параллельно четвертому резистору и анод которого соединен через второй конденсатор с общей шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002        

---