一种单稳态触发器的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种单稳态触发器，是基于反相器延时链的单稳态触发器电路，包括基本单稳触发模块、延时复位模块；基本单稳触发模块是脉宽电流可调单稳触发器电路；基本单稳触发模块与延时复位模块组合，构成脉宽电流可调且可重复触发的单稳触发器电路；基本单稳触发模块包括触发器DFF1、延时链1和延时链2、与非门、反相器；延时复位模块包括触发器DFF2、延时链3和数字逻辑门。各触发器均是带复位功能的D触发器。本发明电路仅由反相器构成的延时链、触发器和数字逻辑门构成，无电阻、电容、放大器和比较器，且兼容标准数字工艺和设计流程，易实现单稳脉宽电流可控和可重复触发，相比现有单稳态触发器，具有低成本、低功耗、兼容性强和通用性强等优点。
【专利说明】
一种单稳态触发器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种单稳态触发器，具体涉及一种基于延时链的脉宽可调、且可重复 触发的单稳态触发器电路，可广泛应用于脉冲整形、延时及定时电路中，属集成电路设计技 术领域。
【背景技术】
[0002] 单稳态触发器或者触发定时器用于提供由输入时钟触发的、脉宽固定的脉冲信 号，它主要用于脉冲整形、延时以及定时等领域，在通信系统、数字系统和信号处理系统中 有着广泛应用，是现代集成电路设计不可或缺的电路模块。
[0003] 传统的单稳态触发器基于电容、电阻定时电路，当施加输入触发信号时，采用由定 时电阻决定的充电电流对定时电容进行充电，当定时电容两端的电压达到阈值时，比较器 的输出发生改变，进而触发数字触发器或者开关使其状态发生改变，输出正的或者负的脉 冲信号。传统单稳态触发器包括无源电阻、电容、有源比较器等器件，其输出单稳信号的脉 冲宽度直接由定时电阻、电容的RC时间常数决定。
[0004] 附图1所示为传统的基于电阻、电容定时的单稳态触发器原理图，图1中，当输入触 发信号无输入触发脉冲时，电路处于锁定状态d为逻辑高，i?为逻辑低，^逻辑低，# 为逻辑高，输出单稳信号汉/r保持为低。当输入信号变高也即出现触发脉冲后， 比较器的输出^为逻辑低，#点变为逻辑高，从而使Λ变为逻辑低，汉/Γ也相应变 高；与此同时，由于Λ为逻辑低，开关将断开，电源VDD通过定时电阻7?对定时电容C进行充 电，当电容0W端电压大于时，比较器CoffiA输出」变低，若此时回到逻辑低，则5 也为逻辑高，因而#点变低、Λ/点变高，输出从新回到逻辑低，Λ/点变高后，开关导 通，尤点被拉至逻辑低，从而使I变为逻辑高，这样一来d和席卩为逻辑高，锁存器处于锁存状 态，输出保持为低。可以看出，传统基于定时器的单稳态触发器输出脉冲宽度为：
由上式可知：当选取较大的电阻R和电容C后，传统单稳态触发器能够提供单稳脉宽较 宽的输出脉冲，反之则输出脉宽变窄。然而该种传统单稳态触发器存在的不足之处主要表 现在:①所采用的无源电阻和电容器件面积较大，且需要采用有源比较器或者运算放大器， 且参考电压需要由单独的电压产生模块提供，电路复杂，功耗较高;②由于单稳脉宽由 RC决定，但电路中R、C值无法通过调节电流可调效果，因此传统的单稳态触发器无法实现单 稳脉宽电流可调的功能;③需采用比较器、电阻、电容等器件或模块，无法通过数字电路实 现，因此不能完全兼容芯片的数字设计流程。
[0005] 综上所述，一种可避免使用电阻和电容等面积较大的无源器件，以及比较器或放 大器等功耗较高的有源电路模块，同时实现输出单稳脉宽的电流可调且可重复触发，并兼 容数字电路设计流程的单稳态触发器成为必需。
【发明内容】
[0006] 本发明针对【背景技术】提出问题，设计一种单稳态触发器，是基于反相器延时链的 单稳态触发器电路，它只包括由反相器构成的延时链、触发器和相应的数字逻辑门，不需要 电阻、电容、放大器和比较器，且兼容标准数字工艺和设计流程，易实现单稳脉宽电流可控 和可重复触发，相比现有单稳态触发器，具有低成本、低功耗、兼容性强和通用性强等优点。
[0007] 为了达到上述目的，本发明采用以下方案： 一种单稳态触发器，其特征在于:包括:基本单稳触发模块、延时复位模块； 所述基本单稳触发模块是基于延时链的脉宽电流可调单稳触发器电路;所述基本单稳 触发模块与延时复位模块组合，构成基于延时链的脉宽电流可调且可重复触发的单稳触发 器电路； 所述基本单稳触发模块包括:触发器DFF1、延时链1和延时链2、与非门、反相器； 所述延时复位模块包括:触发器DFF2、延时链3和数字逻辑门；所述触发器DFF1和触发 器DFF2是带复位功能的D触发器； 所述基本单稳触发模块中，延时链1对由输入触发信号TR触发的触发器DFF1的输出信 号Q进行tdl延时，得到延时信号Qdl;所述延时链2对Qdl进行t d2延时，得到延时信号Qd2;当由 输入触发信号TR引起Q的变化传递至(^时，对触发器DFF1进行复位，使Q复位为触发之前的 状态，进一步地，当由输入触发信号TR引起的Q的变化传递至Q d2时，释放复位信号，从而获得 单稳脉宽为tdl、触发恢复时间为td2的输出单稳信号;所述复位信号由Qd2的反相信号和Qdl进 行"与非"运算得到； 所述延时复位模块中，输入触发信号TR连接至触发器DFF2的触发时钟端，触发器DFF2 的输出信号Qrs经过反相后得到输出复位信号RST，所述复位信号RST经过延时链3的延时后 得到总延时时间为td3的延时信号;所述延时信号再与所述触发器DFF1输出信号Q进行"与" 运算，作为触发器DFF2的低有效复位信号RS_RT。
[0008] 如上所述一种单稳态触发器，其特征在于:所述延时链1或延时链2包括至少二个 串接延时单元，单个延时单元包括级联的两级反相器;通过改变延时单元的总个数或单个 延时单元的延时值，获取不同的延时链总延时时间，进而获取不同的单稳脉宽和触发恢复 时间。
[0009] 如上所述一种单稳态触发器，其特征在于:通过对所述延时单元中反相器的偏置 电流icm进行调整，实现反相器延时的电流可调，进而实现输出单稳信号脉宽的电流可调。
[0010] 如上所述一种单稳态触发器，其特征在于:在当前单稳周期内输入触发信号TR再 次发生触发时，通过对获取(^的延时链1中的所有延时单元输入信号进行复位，实现单稳态 触发器的可重复触发； 所述用于对延时链1中所有延时单元输入信号进行复位的复位信号产生过程是:将复 位信号RST与延时链1中的每个延时单元的原始输入信号进行"与"运算，再将运算后得到的 信号连接至延时链1中各延时单元输入端。
[0011] 本发明的有益效果是： 本发明提出的基于延时链的单稳态触发器电路只包括由反相器构成的延时链和相应 的数字逻辑门，不需要电阻、电容、放大器和比较器，兼容标准数字工艺和设计流程。易实现 单稳脉宽电流可调和可重复触发，只需对延时链的偏置电流进行调整就可以实现单稳脉宽 电流可调，只需对每个延时单元的输入信号进行复位就可以实现可重复触发。相比于现有 的方法具有低成本、低功耗、兼容性强、脉宽电流可调和可重复触发等优点。
【附图说明】
[0012] 图1是传统基于RC定时电路的单稳态触发器示意图； 图2是本发明基于延时链的脉宽电流可调单稳态触发器电路原理图； 图3是本发明一种单稳态触发器波形图； 图4是基本反相器原理图； 图5是电流饥饿型反相器原理图； 图6是本发明基于延时链的脉宽电流可调且可重复触发单稳态触发器电路原理图。
【具体实施方式】
[0013] 以下结合附图对本发明一种单稳态触发器具体实施例作进一步说明： 本发明一种单稳态触发器包括:基本单稳触发模块、延时复位模块;所述基本单稳触发 模块是基于延时链的脉宽电流可调单稳触发器电路;所述基本单稳触发模块与延时复位模 块组合，构成基于延时链的脉宽电流可调且可重复触发的单稳触发器电路。亦可解释为:采 用本发明技术方案，既可构成一种基于延时链的脉宽电流可调单稳态触发器，另一方面，通 过基本单稳触发模块与延时复位模块组合，也可构成基于延时链的脉宽电流可调且可重复 触发的单稳态触发器。以下分二个实施例分别说明： 实施例一:基于延时链的脉宽电流可调单稳态触发器 参见附图2,本发明提出的基于延时链的脉宽电流可调单稳态触发器，是基本单稳触发 模块，包括:一个带复位功能的D触发器DFF1、一个与非门、一个反相器、以及两个基于反相 器的延时链(延时链1和延时链2)，不包括任何电阻、电容、放大器和比较器。与传统单稳态 触发器利用RC充电定时不同，该新型单稳态触发器的基本原理是利用两个延时链对D触发 器DFF1的输出信号Q进行tdi和（tdi+td2)延时，分别得到两个延时信号Qdi和Qd2,再通过对Qdi 和Qd 2进行逻辑运算获得D触发器DFF1的复位信号RS，RS复位信号将对D触发器DFF1进行复 位，从而获得脉宽为Qdi和Q之间延时(也即tdi)的输出单稳态脉冲。
[0014] 图2所示基于延时链的脉宽电流可调单稳态触发器的具体原理如下： D触发器以及整个单稳态触发器由输入触发信号TR的上升沿(或者下降沿)触发。为了 获得D触发器的复位信号，延时链1对D触发器的输出Q延时tdl获得Qdl信号，延时链2对〇 (11延 时td2获得Qd2信号。然后，对Qd2进行反相得到瓦;，(^和瓦：进一步进行"与非"运算获得复位 信号RS。图3是图2所述电路中，对应于TR信号波形，其它各点Q、Q dl、Qd2、RS的波形图，由图3 可看出，当D触发器为上升沿触发时，在触发信号TR变高后，Q立即变高，而Q dl经过tdl后才变 高，再经过td2后，Qd2变高，此时，与非门的输出RS变低，从而使D触发器复位并使Q变低。RS持 续为低的时间为t d2,随后，RS变高，如果TR上升沿再次到来，电路重复上述步骤。因此可以看 出，该数字单稳态触发器输出脉冲的宽度为t dl，当前触发结束并过td2时间后，电路可以重 新触发，也即恢复时间为td2，I CTRL是偏置电流。
[0015] 图2中，延时链1或延时链2包括至少二个串接延时单元，单个延时单元包括级联的 两级反相器，反相器的原理图如图4所示。整个延时链延时时间的调整可以通过改变延时单 元的个数或者改变每个延时单元的传输延时值(亦即反相器的传输延时值)来实现。若通过 对反相器的传输延时进行电流调整，即采用如图5所示的电流饥饿型反相器，该电流饥饿型 反相器的单稳态触发器，可实现触发器的输出单稳脉宽电流可调，输出单稳脉宽与偏置电 流Icm的关系为：
公式1中，足为正比于C· VDD的常数，C为反相器输出节点汉/Γ所有的寄生电容，k为基 本反相器(也即Icm为无限大时）的延时，Μ为延时链1所包含延时单元的个数。
[0016] 实施例二:基于延时链的脉宽电流可调且可重复触发的单稳态触发器 参见附图2和附图6,通过对图2中延时链1中每个延时单元的输入信号进行复位，即将 图2与延时复位模块组合，本发明提出技术方案就是:基于延时链的脉宽电流可调且可重复 触发的单稳态触发器。图6中，用于产生负脉冲延时复位信号RST的延时复位模块仍然只由 带复位的D触发器DFF2、反相器、与门和延时链3等数字逻辑门构成，在正常情况也即无重复 触发时，触发器DFF2输出信号Q RS信号复位为低，输出RST信号为高，不影响单稳态触发器电 路;而当当前单稳周期尚未结束而又再次出现输入触发时，也即重复触发发生时，Qrs立即变 为高，输出RST信号为低。经过t d3后，RS_RT也变为低，从而将QRS复位为低，输出RST重新变为 高，由此可得到负脉冲持续时间为t d3的延迟复位信号RST。
[0017] 结合实施例一和附图6,对基于延时链的脉宽电流可调且可重复触发的单稳态触 发器的原理说明如下： 当在现有单稳周期内输入触发信号再次出现触发信号沿时，延时复位模块将产生脉宽 为延时链3延时td3的负脉冲复位信号RST，该负脉冲信号RST与每个延时单元的原始输入信 号相"与"，得到的信号再作为延时单元的新的输入信号。复位信号RST将清除前一触发产生 的延时，从而使自重复触发发生始，仍需经过^:的时间段Q的上升沿才会传输至Q dl，因此， 输出单稳脉冲延长了两次触发之间的间隔时间，实现了可重复触发。
[0018] 可以看出，与现有技术相比，本发明提出的基于延时链的单稳态触发器电路只包 括由反相器构成的延时链和相应的数字逻辑门，不需要电阻、电容、放大器和比较器，兼容 标准数字工艺和设计流程。且易实现单稳脉宽电流可调和可重复触发，只需对延时链的偏 置电流进行控制就可以实现单稳脉宽电流可调，只需对每个延时单元的输入信号进行复位 就可以实现可重复触发。相比于现有的方法，本发明提出的基于延时链的单稳态触发器具 有低成本、低功耗、兼容性强、脉宽电流可调和可重复触发等优点。
[0019] 以上仅为本发明的实施例，但并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之 内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
【主权项】
1. 一种单稳态触发器，其特征在于:包括:基本单稳触发模块、延时复位模块； 所述基本单稳触发模块是基于延时链的脉宽电流可调单稳触发器电路;所述基本单稳 触发模块与延时复位模块组合，构成基于延时链的脉宽电流可调且可重复触发的单稳触发 器电路； 所述基本单稳触发模块包括:触发器DFFl、延时链1和延时链2、与非门、反相器； 所述延时复位模块包括:触发器DFF2、延时链3和数字逻辑门；所述触发器DFFl和触发 器DFF2是带复位功能的D触发器；所述基本单稳触发模块中，延时链1对由输入触发信号TR触发的触发器DFFl的输出信 号Q进行tdl延时，得到延时信号Qd1;所述延时链2对Qdl进行t d2延时，得到延时信号Qd2;当由 输入触发信号TR引起Q的变化传递至(^时，对触发器DFFl进行复位，使Q复位为触发之前的 状态，进一步地，当由输入触发信号TR引起的Q的变化传递至Q d2时，释放复位信号，从得 单稳脉宽为tdl、触发恢复时间为td2的输出单稳信号;所述复位信号由Qd2的反相信号 和 Qd1进行"与非"运算得到； 所述延时复位模块中，输入触发信号TR连接至触发器DFF2的触发时钟端，触发器DFF2 的输出信号Qrs经过反相后得到输出复位信号RST，所述复位信号RST经过延时链3的延时后 得到总延时时间为td3的延时信号;所述延时信号再与所述触发器DFFl输出信号Q进行"与" 运算，作为触发器DFF2的低有效复位信号RS_RT。2. 如权利要求1所述一种单稳态触发器，其特征在于:所述延时链1或延时链2包括至少 二个串接延时单元，单个延时单元包括级联的两级反相器;通过改变延时单元的总个数或 单个延时单元的延时值，获取不同的延时链总延时时间，进而获取不同的单稳脉宽和触发 恢复时间。3. 如权利要求1所述一种单稳态触发器，其特征在于:通过对所述延时单元中反相器的 偏置电流行调整，实现反相器延时的电流可调，进而实现输出单稳信号脉宽的电流 可调。4. 如权利要求1所述一种单稳态触发器，其特征在于:在当前单稳周期内输入触发信号 TR再次发生触发时，通过对获取(^的延时链1中的所有延时单元输入信号进行复位，实现单 稳态触发器的可重复触发； 所述用于对延时链1中所有延时单元输入信号进行复位的复位信号产生过程是：将复 位信号RST与延时链1中的每个延时单元的原始输入信号进行"与"运算，再将运算后得到的 信号连接至延时链1中各延时单元输入端。
【文档编号】H03K3/0232GK106026982SQ201610540981
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】万美琳, 顾豪爽
【申请人】湖北大学