Энергоэффективный низковольтный кмоп-триггер

Авторы патента:

Адамов Денис Юрьевич (RU)

Адамов Юрий Федорович (RU)

Сомов Олег Анатольевич (RU)

H03K3/00 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2611236:

Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз" (RU)

Изобретение относится к области микроэлектроники. Технический результат заключается в расширении диапазона допустимых значений напряжений питания, повышении быстродействия и снижении энергопотребления синхронных триггеров. Для этого предложен энергоэффективный низковольтный КМОП-триггер, включающий входной и выходной каскады, каждый из которых построен на двух идентичных КМОП инверторах, а также имеет ключевой NМОП транзистор, соединяющий вывод инверторов «общий» с общей шиной питания, при этом дополнительно в схему введены третий и четвертый ключевые РМОП транзисторы, причем третий ключевой РМОП транзистор соединен истоком с шиной положительного питания, стоком - с объединенными выводами питания первого и второго инверторов входного каскада, а затвором - с инверсным входом синхронизации триггера; четвертый ключевой РМОП транзистор соединен истоком с шиной положительного питания, стоком - с объединенными выводами питания первого и второго инверторов выходного каскада, а затвором - с прямым входом синхронизации триггера. 5 ил.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в устройствах цифровой информации.

Известны схемы низковольтных триггеров на основе КМОП технологии [1-3]. Все известные схемы обладают рядом недостатков:

- узкий диапазон допустимых напряжений питания;

- большое число используемых элементов (более 20);

- повышенное энергопотребление;

- повышенное минимальное напряжение питания.

Ближайшим прототипом предлагаемого изобретения является известное техническое решение с поочередно отключаемым напряжением питания в каскадах синхронного триггера. Пример этого решения описан в монографии [1]. Как и в других источниках [1, 2, 4, 5] в схеме прототипа входной и выходной каскады триггера поочередно отключаются от шины питания. Схема устойчиво работает при напряжении питания более трех величин порогового напряжения МОП транзисторов. Сейчас выпускаются микросхемы с меньшими напряжениями питания. Наименьшие значения напряжения питания имеют КМОП схемы, в которых управляющее напряжение подается на затвор и изолирующий «карман» МОП транзисторов [3].

Их общим недостатком является низкое быстродействие, определяемое емкостью изолирующего «кармана», и увеличенные утечки изолирующих «карманов» при прямом смещении p-n переходов.

Основной недостаток схемы триггера прототипа состоит в том, что при снижении напряжения питания выходной ток входного каскада снижается и не может переключить состояние выходного каскада, так как РМОП транзисторы выходного каскада остаются подключенными к шине питания и охвачены цепью положительной обратной связи. Моделирование схемы прототипа показывает, что напряжение питания должно превышать на три величины порогового напряжения МОП транзисторов.

Основная цель предлагаемого изобретения состоит в расширении диапазона допустимых значений напряжений питания, повышении быстродействия и снижении энергопотребления синхронных триггеров.

Технический результат достигается тем, что энергоэффективный низковольтный КМОП триггер, включающий входной и выходной каскады, каждый из которых построен на двух идентичных КМОП инверторах, а также имеет ключевой КМОП транзистор, соединяющий вывод инверторов «общий» с общей шиной питания; вход первого инвертора входного каскада подключен к неинвертирующему входу триггера, а вход второго - к инвертирующему; выход первого инвертора входного каскада подключен к инвертирующему выходу триггера, а выход второго - к неинвертирующему; вход первого инвертора выходного каскада подключен к неинвертирующему выходу триггера, а вход второго - к инвертирующему; выход первого инвертора выходного каскада подключен к инвертирующему выходу триггера, а выход второго - к неинвертирующему; первый ключевой NМОП транзистор соединен истоком с общей шиной питания, стоком - с объединенными выводами «общий» первого и второго инверторов входного каскада, а затвором - с прямым входом синхронизации триггера; второй ключевой NМОП транзистор соединен истоком с общей шиной питания, стоком - с объединенными выводами «общий» первого и второго инверторов выходного каскада, а затвором - с инверсным входом синхронизации, имеет схему, в которую введены третий и четвертый ключевые РМОП транзисторы, причем третий ключевой РМОП транзистор соединен истоком с шиной положительного питания, стоком - с объединенными выводами питания первого и второго инверторов входного каскада, а затвором - с инверсным входом синхронизации триггера; четвертый ключевой РМОП транзистор соединен истоком с шиной положительного питания, стоком - с объединенными выводами питания первого и второго инверторов выходного каскада, а затвором - с прямым входом синхронизации триггера.

Т.е. входной и выходной каскады триггера поочередно отключаются от обеих шин питания, имеют одинаковую структуру и порог переключения. Выходы каскадов объединены, а выходное напряжение определяется подключенным к питанию каскадом.

В заявляемой схеме снижение напряжения питания достигается тем, что в режиме передачи информации от входного каскада к выходному входной каскад подключен к обеим шинам питания, а выходной отключен от шин питания. Величина выходного тока не влияет на процесс изменения выходного напряжения триггера.

Моделирование заявляемой схемы показывает, что функционирование сохраняется до уровня напряжения питания, равного двум величинам порогового напряжения МОП транзисторов.

На фиг.1 изображена схема триггера - прототипа.

На фиг. 2а и 2б изображена схема заявляемого триггера.

На фиг. 3 показана схема делителя частоты на 2, построенная на заявляемых триггерах.

На фиг. 4 приведена временная диаграмма работы делителя частоты на 2 при напряжении 0,5 В.

Таким образом, отличительным признаком предлагаемого технического решения является, что энергоэффективный низковольтный КМОП триггер, включающий входной и выходной каскады, каждый из которых построен на двух идентичных КМОП инверторах, а также имеет ключевой NМОП транзистор, соединяющий вывод инверторов «общий» с общей шиной питания; вход первого инвертора входного каскада подключен к неинвертирующему входу триггера, а вход второго - к инвертирующему; выход первого инвертора входного каскада подключен к инвертирующему выходу триггера, а выход второго - к неинвертирующему; вход первого инвертора выходного каскада подключен к неинвертирующему выходу триггера, а вход второго - к инвертирующему; выход первого инвертора выходного каскада подключен к инвертирующему выходу триггера, а выход второго - к неинвертирующему; первый ключевой NМОП транзистор соединен истоком с общей шиной питания, стоком - с объединенными выводами «общий» первого и второго инверторов входного каскада, а затвором - с прямым входом синхронизации триггера; второй ключевой NМОП транзистор соединен истоком с общей шиной питания, стоком - с объединенными выводами «общий» первого и второго инверторов выходного каскада, а затвором - с инверсным входом синхронизации, имеет схему, в которую введены третий и четвертый ключевые РМОП транзисторы, причем третий ключевой РМОП транзистор соединен истоком с шиной положительного питания, стоком - с объединенными выводами питания первого и второго инверторов входного каскада, а затвором - с инверсным входом синхронизации триггера; четвертый ключевой РМОП транзистор соединен истоком с шиной положительного питания, стоком - с объединенными выводами питания первого и второго инверторов выходного каскада, а затвором - с прямым входом синхронизации триггера позволяет реализовать поочередное полное отключение входного и выходного каскадов КМОП триггера от шин электропитания, что снижает величину тока переключения выходного каскада и, соответственно, минимальное напряжение питания.

Используемая литература

[1] Cao Z., Yan S., et. al. «Low-power high-speed ADCs for nanometer CMOS integration». Pict. 3.13. Springer, 2008, ISBN:978-1-4020-8449-2.

[2] Ndjountche T. «CMOS analog integrated circuits. High-speed and power-efficient design». Pict. 6.8. CRS Press, 2011, ISBN: 978-1-4398-5500-3.

[3] Chatterjee S., Pun K., Stanic N., Tsividis Y., Kinget P. «Analog circuit design techniques at 0,5 V». Springer, 2007, ISBN:978-0-378-69953-0.

[4] Jespers P. «The methodology a sizing tool for loe-voltage analog CMOS circuits». Springer, 2010, ISBN:978-0-378-47100-6.

[5] Патент RU №2119716 «Синхронная триггерная ячейка», авт.: Адамов Д.Ю.

Энергоэффективный низковольтный КМОП-триггер, включающий входной и выходной каскады, каждый из которых построен на двух идентичных КМОП инверторах, а также имеет ключевой NМОП транзистор, соединяющий вывод инверторов «общий» с общей шиной питания; вход первого инвертора входного каскада подключен к неинвертирующему входу триггера, а вход второго - к инвертирующему; выход первого инвертора входного каскада подключен к инвертирующему выходу триггера, а выход второго - к неинвертирующему; вход первого инвертора выходного каскада подключен к неинвертирующему выходу триггера, а вход второго - к инвертирующему; выход первого инвертора выходного каскада подключен к инвертирующему выходу триггера, а выход второго - к неинвертирующему; первый ключевой NМОП транзистор соединен истоком с общей шиной питания, стоком - с объединенными выводами «общий» первого и второго инверторов входного каскада, а затвором - с прямым входом синхронизации триггера; второй ключевой NМОП транзистор соединен истоком с общей шиной питания, стоком - с объединенными выводами «общий» первого и второго инверторов выходного каскада, а затвором - с инверсным входом синхронизации, отличающийся тем, что в схему введены третий и четвертый ключевые РМОП транзисторы, причем третий ключевой РМОП транзистор соединен истоком с шиной положительного питания, стоком - с объединенными выводами питания первого и второго инверторов входного каскада, а затвором - с инверсным входом синхронизации триггера; четвертый ключевой РМОП транзистор соединен истоком с шиной положительного питания, стоком - с объединенными выводами питания первого и второго инверторов выходного каскада, а затвором - с прямым входом синхронизации триггера.

Изобретение относится к генераторам импульсов. Достигаемый технический результат – осуществление управления количеством энергии, отводимой от накопителя энергии для формирования на выходной нагрузке серий производительных электрических импульсов с переменной амплитудой.

Rs-триггер // 2604682

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в специализированных цифровых структурах, системах автоматического управления и передачи цифровой информации.

Способ формирования характеристики преобразования частоты в напряжение // 2604336

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для решения задач преобразования частоты в напряжение. Техническим результатом изобретения является повышение точности преобразования частоты в напряжение за счет формирования характеристики преобразования частоты в напряжение, близкой к линейной при больших значениях крутизны наклона.

Преобразователь напряжения в частоту импульсов // 2602351

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для преобразования напряжения в частоту импульсов. Достигаемый технический результат - уменьшение неравномерности расстановки выходных импульсов во времени и расширение диапазона входных напряжений, в котором отсутствует эффект слипания выходных импульсов.

Резонансный генератор импульсов // 2601510

Использование: для питания импульсных источников света, искровых камер, лазеров и ускорителей. Сущность изобретения заключается в том, что первая ступень умножения состоит из первого накопительного конденсатора, первого дросселя, общего коммутатора и внешнего накопительного конденсатора, соединенных последовательно, при этом один вывод внешнего накопительного конденсатора соединен с общей шиной, а другой подсоединен к выводу дополнительного источника зарядного напряжения с полярностью, противоположной полярности основного источника зарядного напряжения.

Зарядное устройство емкостного накопителя энергии // 2601437

Изобретение относится к зарядным устройствам емкостных накопителей энергии и может быть использовано в высоковольтных электрофизических установках большой мощности с высоким уровнем накапливаемой энергии.

Переключатель с высокой изоляцией // 2601172

Изобретение относится к электронной технике. Технический результат - уменьшение и подавление на выходе паразитного сигнала, значительное увеличение уровня изоляции переключателя в выключенном состоянии при сохранении малых потерь во включенном состоянии за счет вариантов подключения коммутирующих и компенсирующих МОП транзисторов.

Способ формирования широтно-импульсной последовательности заданной скважности и частоты с высокой точностью при изменении частоты повторения импульсов в широких пределах // 2600563

Изобретение относится к области цифровой техники и может быть использовано для формирования широтно-импульсной последовательности с заданной скважностью с высокой точностью и не зависящей от изменения частоты информационного сигнала. В основу изобретения поставлена задача получения широтно-импульсной последовательности с заданной скважностью с высокой точностью при изменении частоты информационного сигнала.

Релаксационный генератор импульсов на лавинном транзисторе с низким напряжением питания // 2595937

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных схемах различного назначения, питаемых от низковольтных источников. Достигаемый технический результат - обеспечение самозапуска генератора и возможность использования низковольтных источников питания.

Генератор импульсов переменной амплитуды // 2595614

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электронных устройствах для формирования импульсов напряжения. Достигаемый технический результат - возможность получения импульсов напряжения с заданными параметрами в широком диапазоне по амплитуде от нуля до максимума амплитуды питающего напряжения и заданной длительности импульса.

Гистерезисный триггер // 2616874

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. Технический результат - повышение надежности гистерезисного триггера, используемого в самосинхронных схемах для построения индикатора окончания в них переходных процессов за счет реализации отказо- и сбоеустойчивости; относительно отказов и сбоев транзисторов; относительно обрывов проводов входов-выходов; относительно отказов источника питания, а также за счет интегрированной отказо- и сбоеустойчивость относительно отказов и сбоев транзисторов, обрывов проводов входов-выходов и отказов источника питания. Поставленная цель достигается тем, что гистерезисный триггер содержит группы из транзисторов p-проводимости, группы из транзисторов n-проводимости, вход подключения шины «+» питания, вход подключения шины «Ноль вольт», резервный вход для подключения шины питания «+», резервный вход для подключения шины «Ноль вольт», три резервных входа для первого входа триггера и три резервных входа для второго входа триггера, три резервных выхода триггера. 4 н.п. ф-лы, 1 табл., 20 ил.

Устройство формирования мощных свч-импульсов // 2618601

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования мощных СВЧ-импульсов заданной формы в составе передатчиков радиолокационных станций, использующих СВЧ-приборы с сеточным управлением. Техническим результатом является улучшение формы СВЧ-импульсов при исключении влияния на них паразитных параметров модулятора, который в связи с этим значительно упрощается, что достигается путем разделения цепей, подаваемых на вход СВЧ-прибора, и цепей управления его сеткой таким образом, чтобы усиливаемый импульс поступал на вход предварительно открытого прибора. Устройство формирования мощных СВЧ-импульсов в передатчиках РЛС с приборами сеточного управления содержит формирователь импульсов (1), возбудитель (2), усилитель СВЧ-импульсов (3), согласующий вентиль (4), модуль управления (5), подмодулятор (6), модулятор (7), СВЧ-прибор (8). 5 ил.

Способ формирования импульсов // 2618788

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при разработке средств формирования эталонных сигналов частоты. Технический результат – расширение функциональных возможностей - обеспечен на основе использования эффекта постоянства скорости распространения света в определенной светопроводящей среде, обеспечивающего возможность формирования стабильных по частоте импульсов за счет уменьшения факторов внутренней нестабильности. Для этого первичный световой импульс, направляемый в светопроводящий канал для запуска процесса генерации импульсов, формируют путем электронно-оптического преобразования внешнего запускающего электрического импульса. Последующие световые импульсы, направляемые в светопроводящий канал, формируют путем электронно-оптического преобразования электрических импульсов, получаемых в результате оптоэлектронного преобразования предыдущих световых импульсов, прошедших через светопроводящий канал. Генерируемые световые импульсы имеют длительность, меньшую времени прохождения ими светопроводящего канала. 1 ил.

Высоковольтный генератор // 2619061

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в контактном электрошоковом оружии (ЭШО) и дистанционном электрошоковом оружии (ДЭШО), а именно в нелетальном электрошоковом оружии дистанционного действия, для правоохранительных служб и граждан. Техническим результатом является повышение надежности и обеспечение импульсов с разными выходными параметрами. Высоковольтный генератор содержит источник питания, преобразователь, накопительный конденсатор, разрядник, включенные в цепь первичной обмотки высоковольтного трансформатора, дополнительный конденсатор тока, включенный также последовательно с первичной обмоткой, соединенный выводом одной обкладки с вторичной обмоткой и через нее с одним поражающим электродом и выводом другой обкладки с другим поражающим электродом. 4 ил.

Магнитный усилитель // 2619142

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в различных отраслях техники в качестве электрического генератора. Магнитный усилитель содержит замкнутый магнитопровод с рабочей обмоткой и источник н.с. для его подмагничивания, при этом он снабжен двумя П-образными магнитопроводами, установленными полюсами своих вертикальных стержней на противостоящих друг к другу участках замкнутого магнитопровода вдоль его магнитной линии, а источник н.с. для подмагничивания замкнутого магнитопровода выполнен в виде двух постоянных магнитов, одни одноименные полюса которых устанавливаются с разных сторон одного П-образного магнитоповода к вертикальным его стержням, а вторые одноименные их полюса устанавливаются с разных сторон второго П-образного магнитопровода к вертикальным его стержням, при этом на горизонтальных стержнях упомянутых П-образных магнитопроводов размещены обмотки, а замкнутый магнитопровод выполнен в виде двух П-образных магнитопроводов, установленных с зазором между полюсами вертикальных их стержней. Технический результат – расширение функциональных возможностей магнитного усилителя. 4 ил.

Устройство управления тиратроном с холодным катодом // 2619779

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и предназначено для управления тиратроном с холодным катодом серии ТДИ путем формирования импульсов поджига с нормированной крутизной фронта и следующих с высокой частотой следования импульсов. Устройство управления включает повышающий импульсный трансформатор напряжения (9), емкостной накопитель энергии (5), импульсный водородный тиратрон (15) и блок формирования импульса его запуска, содержащий тиристор (8), включенный в цепь первичной обмотки трансформатора (9), шунтирующий конденсатор (18), соединенный с управляющим электродом тиристора (8), дроссель насыщения (6) и второй шунтирующий конденсатор (7), уменьшающий скорость изменения напряжения на тиристоре (8). Для задержки подачи напряжения на сетку импульсного водородного тиратрона (15) относительно импульса запуска тиристора (8) к управляющему электроду тиристора (8) и к сетке водородного тиратрона (15) подключен генератор тактовых импульсов (19). Емкостной накопитель энергии (5) может быть подключен к сети переменного напряжения через повышающий импульсный трансформатор напряжения (9) и сетевой однотактный выпрямитель (1). Технический результат заключается в возможности использования устройства в схемах генераторов как с импульсной зарядкой накопительного конденсатора, так и с зарядкой постоянным током, в повышении надежности за счет уменьшения количества элементов и эффективности работы, обеспечении параллельной работы двух тиратронов серии ТДИ. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ зарядки емкостного накопителя электроэнергии и устройство для его реализации в самолетных электроимпульсных комплексах // 2620600

Изобретение относится к электротехнике и импульсной силовой электронике и предназначено для использования в самолетных электроимпульсных комплексах, в частности - в противообледенительных системах и системах питания бортовых проблесковых огней предупреждения. Техническим результатом предложения является сохранение качества электроэнергии, потребляемой от источника электропитания, за счет непрерывности и равномерности потребляемого тока. Указанные технические результаты обеспечиваются тем, что в способе зарядки емкостного накопителя электроэнергии, по которому на первом этапе каждого высокочастотного цикла накапливают дозы энергии в балластном дросселе и промежуточном индуктивном накопителе, подключая их с помощью первого и второго ключей к источнику питания, а на втором этапе передают их в емкостный накопитель и в снабберный конденсатор вместе с дозой энергии источника, причем регулируют соотношение длительностей этапов в зависимости от напряжения емкостного накопителя, вводят третий этап, на котором сохраняют энергию индуктивного накопителя, шунтируя его вспомогательным ключом, причем длительность шунтирования регулируют в зависимости от среднециклического значения его потокосцепления. Кроме того накопленную к началу третьего этапа дозу энергии балластного дросселя вместе с дополнительной дозой энергии источника передают емкостному накопителю через последовательно с ним соединенный снабберный конденсатор, который затем на первом этапе следующего цикла передает накопленную им при этом дозу энергии индуктивному накопителю через первый основной ключ. Кроме того, в устройство для реализации указанного способа, содержащее входные выводы (1, 2), емкостный накопитель (3), первый блокирующий диод (4), индуктивный накопитель (5), балластный дроссель (6), снабберный конденсатор (7), второй блокирующий диод (8), первый и второй основные ключи (9, 10) и блок управления (11) с основными импульсно-модуляторными выходными выводами (12, 13), вводят вспомогательный ключ (14), третий и четвертый блокирующие диоды (15, 16), а блок управления снабжён вспомогательным выходным выводом (17). 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формирователь импульсов таходатчика // 2621836

Изобретение относится к электронной технике в области преобразователей сигналов. Формирователь импульсов содержит микроконтроллеры, блок гальванической развязки, преобразователи питания, регуляторы напряжения, входы напряжения питания и входы сигнала тахометрических датчиков. Также формирователь содержит программируемые микроконтроллеры и управляемые ключи, при этом микроконтроллеры производят анализ входного сигнала и устанавливают определенный порог срабатывания в зависимости от результата анализа. Технический результат заключается в повышении гибкости функционирования формирователя импульсов таходатчика путем обеспечения адаптации порога срабатывания в зависимости от входного сигнала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Модулятор импульсов // 2622862

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования импульсов управления СВЧ-приборами с сеточным управлением. Техническим результатом является упрощение модулятора импульсов и повышение его надежности. Модулятор импульсов содержит СВЧ-прибор с сеточным управлением, модуляторную лампу, генератор управляющих импульсов, импульсный трансформатор, источник смещения управляющей сетки модуляторной лампы, источники открывающего и закрывающего напряжений СВЧ-прибора, диодную сборку, источник коллекторного напряжения СВЧ-прибора, диодно-индуктивную сборку, два согласующих резистора. 4 ил.

Многозначный триггер // 2624581

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в повышении быстродействия специализированных вычислителей таких как многозначный триггер. Указанный результат достигается за счет использования многозначного триггера, который содержит первый логический элемент с первым и вторым токовыми входами, а также первым и вторым токовыми выходами, второй логический элемент с первым и вторым токовыми входами, а также первым и вторым токовыми выходами, причем первый токовый вход второго логического элемента соединен с первым токовым выходом первого логического элемента, второй токовый вход первого логического элемента соединен с первым входом предустановки логического элемента памяти, второй вход второго логического элемента связан со вторым входом предустановки состояния устройства, второй токовый выход первого логического элемента связан с первым токовым выходом состояния устройства, второй токовый выход второго логического элемента связан со вторым токовым выходом состояния устройства. 3 з.п. ф-лы, 13 ил., 2 табл.