一种带抗振荡结构的RS触发器电路的制作方法

文档编号:14477037
研发日期:2018/5/18

本发明涉及一种带抗振荡结构的RS触发器电路,属于数字集成电路设计领域。



背景技术:

RS触发器具有置位、复位和保持的功能,是构成数字逻辑电路中各种功能模块的基本组成部分。

采用交耦合与非门实现的基本RS触发器,在正常工作时允许有置位、复位和保持三种状态,其两个输出总是处于互补状态。即当R和S均为1时,触发器处在保持状态,两个输出都维持其上一输出值;当R变为0时,将使得Qn输出被迫进入1状态,这时互补的输出端Q因与其连接的与非门输入均为高而变为0状态,此时RS触发器被复位;反之,当S变为0时,Q输出被迫进入1状态,这时互补的输出端Qn因与其连接的与非门输入均为高而变为0状态,此时RS触发器被置位。然而在触发器特征表中,当R和S输入端同时为0的输入模式通常被认为是不允许的,在该输入模式下输出Q和Qn均为高电平,若两个输入信号同时变为高电平,整个电路可以看作交叉耦合的反相器,又因为两个反相器输入端电平相同且两者具有相同的传播延时,将会导致RS触发器输出发生同频同相振荡,无法预见触发器的最终状态。

当外部输入信号不受约束时,普通的RS触发器在实际应用中可能导致误操作。例如应用于仲裁和令牌电路中时,RS触发器决定两个输入中哪一个信号先到达,难免会遇到输入R和S信号同时发生0至1变化的输入模式,触发器将处于不定状态,导致电路功能失效。

具体的对于与非门构成的RS触发器,输入由00变换成11时,会导致输出振荡,对于或非门构成的RS触发器,输入由11变换成00时,会导致输出振荡,如何避免RS触发器输出的不稳定状态,是本领域亟待解决的技术问题。



技术实现要素:

本发明的技术解决问题:克服普通RS触发器的不足,提供一种带抗振结构的RS触发器电路,消除了RS触发器在特殊输入模式下引发的振荡和不定状态,大幅提高了RS触发器的操作可靠性。

本发明的技术方案如下:

提供一种带抗振荡结构的RS触发器电路,包括:第一与非门、第二与非门和抗振荡电路;抗振荡电路的输出端与R信号或S信号相与后连接第一与非门的输入端;

其中,第一与非门和第二与非门输出均为0时,抗振荡控制电路输出0,否则抗振荡控制电路输出为1。

优选的,第一与非门和第二与非门为三输入与非门,抗振荡电路的输出端连接第一与非门的第一输入端,第一与非门的第二输入端连接R信号或S信号,第一与非门的第三输入端连接第二与非门的输出端;第二与非门的第一输入端连接高电平,第二输入端连接第一与非门的第二输入端未连接的R信号或S信号,第三输入端连接第一与非门的输出端。

优选的,第一与非门和第二与非门为两输入与非门,抗振荡电路的输出端通过与门与R信号或S信号相与后连接第一与非门的第一输入端,第一与非门的第二输入端连接第二与非门的输出端;第二与非门的第一输入端连接与门未连接的R信号或S信号,第二输入端连接第一与非门的输出端。

优选的,抗振荡电路包括第一反相器、第二反相器和第三与非门;

第一反相器,用于接收所述第一与非门的输出信号Qn,输出端连接第三与非门的一个输入端;

第二反相器,用于接收所述第二与非门的输出信号Q,输出端连接第三与非门的另一个输入端;

第三与非门的输出端作为抗振荡电路的输出端。

优选的,第一与非门和第二与非门采用相同结构元件。

提供一种带抗振荡结构的RS触发器电路,包括:第一或非门、第二或非门和抗振荡电路;抗振荡电路的输出端与R信号或S信号相或后连接第一或非门的输入端;

其中,第一或非门和第二或非门输出均为1时,抗振荡控制电路输出1,否则抗振荡控制电路输出为0。

优选的,第一或非门和第二或非门为三输入或非门,抗振荡电路的输出端连接第一或非门的第一输入端,第一或非门的第二输入端连接R信号或S信号,第一或非门的第三输入端连接第二或非门的输出端;第二或非门的第一输入端连接低电平,第二输入端连接第一或非门的第二输入端未连接的R信号或S信号,第三输入端连接第一或非门的输出端。

优选的,第一或非门和第二或非门为两输入或非门,抗振荡电路的输出端通过或门与R信号或S信号相或后连接第一或非门的第一输入端,第一或非门的第二输入端连接第二或非门的输出端;第二或非门的第一输入端连接或门未连接的R信号或S信号,第二输入端连接第一或非门的输出端。

优选的,抗振荡电路包括第一与非门和第一反相器;

第一与非门,用于接收所述第一或非门和第二或非门的输出信号,输出端连接第一反相器的输入端;

第一反相器的输出端作为抗振荡电路的输出端。

优选的,第一或非门和第二或非门采用相同结构元件。

本发明具有以下优点:

(1)本发明提供带抗振结构的RS触发器电路,在电路因输入同时上升而使两个输出端Q和Qn发生同相振荡时,通过抗振荡控制反馈电路,对输出信号检测并产生反馈信号传输至触发器的输入端,破坏RS触发器发生振荡的条件,同时对触发器进行复位,通过在振荡发生时限制Q或Qn的状态,消除了特殊输入模式下引发的振荡和不定状态,大幅提高了RS触发器的操作可靠性。

(2)本发明对与非门构成的RS触发器电路,当输入由00变换成11时,输出为不确定状态的情况下,将一个与非门的输出钳位为1,克服了与非门构成的RS触发器电路输入不允许00的缺陷,使RS触发器电路的功能更完善。

(3)本发明对或非门构成的RS触发器电路,当输入由11变换成00时,输出为不确定状态的情况下,将一个或非门的输出钳位为0,克服了或非门构成的RS触发器电路输入不允许11的缺陷,使RS触发器电路的功能更完善。

附图说明

图1是本发明实施例中一种带抗振结构的RS触发器电路的示意图;

图2是本发明实施例中一种带抗振结构RS触发器的具体实施电路示例;

图3是本发明实施例中又一种带抗振结构的RS触发器电路示意图;

图4是本发明实施例中又一种带抗振结构RS触发器的具体实施电路示例;

图5是未增加抗振结构的RS触发器电路仿真波形;

图6是本发明示例中一种带抗振结构RS触发器电路仿真波形。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明公共的实施方式作进一步详细描述。

图1示出了本发明实施例中一种带抗振结构的RS触发器电路示意图,包括:第一与非门电路100、第二与非门电路200和抗振荡电路300;其中,第一与非门电路100和第二与非门电路200输出端连接抗振荡控制电路300的输入,抗振荡控制电路300的输出端连接至第一与非门100的一个输入端。

第一与非门电路100,用于接收外部输入信号R,响应外部电平的变化,生成触发器输出信号Qn并连接至抗振荡控制电路300输入端和第二与非门200电路输入端;

第二与非门电路200,用于接收外部输入信号S,生成触发器输出信号Q并连接至抗振荡控制电路300输入端和第一与非门电路100输入端;

在本实施例中,第二与非门电路200的其中一个输入端接高电平,第一与非门100的R端和第二与非门的S输入端可以接受任意变化的输入电平。通常输入模式下,RS触发器正常工作在保持、置位、复位状态,特殊的输入模式即R和S同时由0状态翻转为1状态时,抗振荡结构300可起到抑制输出振荡的作用,强制输出处于复位态。

抗振荡控制电路300,用于对第一与非门电路100和第二与非门电路200的输出进行处理,得到抗振荡反馈信号C控制第一与非门电路100。

在本实施例中,抗振荡电路300监测输出信号Q和Qn的状态,一旦两者均变成0状态,则经过一定的延迟输出C低电平有效用于控制第一与非门电路100。具体的:

参照图2,示出了本发明的一种抗振荡RS触发器具体实施方案,上述第一与非门电路100包括:第一三输入与非门(NAND3)电路101;第二与非门电路200包括:第二三输入与非门(NAND3)电路201。

第一三输入与非门(NAND3)电路101用于接收外部输入信号R,以及,所述第二NAND3电路201的输出反馈信号Q和所述抗振荡控制电路的输出信号C。对所述R信号和反馈信号和控制信号进行处理,得到Qn信号并输出;

第二三输入与非门(NAND3)电路201用于接收外部输入信号S,以及,所述第一NAND3电路101的输出反馈信号Qn。对S信号、反馈信号进行处理,得到Q信号并输出;

所述抗振荡控制电路结构300包括:第一反相器301、第二反相器302和第一两输入与非门(NAND2)电路303;

第一反相器301,用于接收所述第一NAND3门101的输出信号Qn,并对Qn信号进行处理,得到Qn1信号;第二反相器302,用于接收所述第二NAND3门201的输出信号Q,并对Q信号进行处理,得到Q1信号;第一NAND2模块303,用于连接所述第一反相器301输出信号Qn1和所述第二反相器302的输出信号Q1,对两路信号进行与操作,得到C信号并输出;

其中,所述第一NAND2电路模块的输出信号C,是所述抗振荡控制电路的输出信号,用于控制所述第一与非门电路的一个输入端。

需要说明的是,抗振荡电路结构300在触发器工作在正常模式下,即置位、复位或保持状态时,输出为两个互补的信号,这时抗振荡电路输出信号C逻辑值始终为1,整个电路可简化为由三个输入中有一个为1的第一NAND3门101和第二NAND3门201构成的交叉耦合的NAND基本触发器结构。当R和S同时由0翻转为1时,假设两个NAND3门具有相同的传播延时,Q和Qn由最初的1电平同时翻转为0电平,这时若没有抗振荡电路结构300(默认其输出为1),整个电路就可简化为由两个反相器构成的振荡环,RS触发器将陷入如图5所示的振荡状态,输出Q和Qn发生同频同相的循环翻转。

抗振荡电路结构300起到了快速抑制振荡的效果,需要注意的是抗振荡电路的传播延时需要按需求设定,因为RS触发器发生振荡的原因就是因为第一NAND3门101和第二NAND3门201的输入信号是同频同相的信号,为打破这一振荡条件,要求抗振荡电路的传播延时不能是RS触发器振荡周期的整数倍,以避免抗振荡控制信号C与Q和Qn同频同相。最佳情况下,震荡反馈传播延时为震荡周期的二分之一。两个输出Q和Qn同时变为0后,抗振电路输出低电平传递到第一NAND3门输入端时,若Q和Qn刚好为1电平,这时RS触发器的Qn输出维持1电平,Q变成0电平,从而将触发器复位。图6所示为增加抗振荡结构后特殊输入模式下的仿真波形,由图6可以看出当输入由00变化为11时,输出可快速到达稳定状态,证明抗振结构有效实现了抑制电路振荡的作用。

作为一种补充实施例,图3示出了又一种抗振荡RS触发器示意图,包括:第一或非门电路400、第二或非门电路500和抗振荡电路600;其中,第一或非门电路400和第二或非门电路500输出端连接抗振荡控制电路600的输入,抗振荡控制电路600的输出端连接至第二或非门500的一个输入端。

第一或非门电路400,用于接收外部输入信号S,响应外部电平的变化,生成触发器输出信号Q并连接至抗振荡控制电路600输入端和第二或非门500电路输入端;

第二或非门电路500,用于接收外部输入信号R,生成触发器输出信号Qn并连接至抗振荡控制电路600输入端和第一或非门电路400输入端;

在本实施例中,第二或非门电路500的其中一个输入端接低电平,第一或非门400的S端和第二或非门的R输入端可以接受任意变化的输入电平。通常输入模式下,RS触发器正常工作在保持、置位、复位状态,特殊的输入模式即R和S同时由1状态翻转为0状态时,抗振荡结构600可起到抑制输出振荡的作用,强制输出处于复位态。

抗振荡控制电路600,用于对第一或非门电路400和第二或非门电路500的输出进行处理,得到抗振荡反馈信号C控制第一或非门电路400。

在本实施例中,抗振荡电路600监测输出信号Q和Qn的状态,一旦两者均变成1状态,则经过一定的延迟输出C高电平有效用于控制第一或非门电路400。具体的:

参照图4,示出了本发明的又一种抗振荡RS触发器具体实施方案,上述第一或非门电路400包括:第一三输入或非门(NOR3)电路401;第二或非门电路500包括:第二三输入或非门(NOR3)电路501。

第一三输入或非门(NOR3)电路401用于接收外部输入信号S,以及,第二NOR3电路501的输出反馈信号Qn和抗振荡控制电路600的输出信号C。对所述S信号和反馈信号和控制信号进行处理,得到Q信号并输出;

第二三输入或非门(NOR3)电路501用于接收外部输入信号R,以及第一NOR3电路401的输出反馈信号Q。对S信号、反馈信号进行处理,得到Qn信号并输出;

所述抗振荡控制电路结构600包括:第二两输入与非门(NAND2)电路601和第三反相器602;

第二NAND2模块601,用于连接所述第一NOR3模块401输出信号Q和第二NOR3模块501的输出信号Qn,对两路信号进行与操作,得到C0信号;第三反相器602,用于接收所述第二NAND2门601的输出信号C0,并对C0信号进行处理,得到C信号并输出。

综上所述,本发明实施例所述的带抗振结构的RS触发器电路,在电路因输入同时上升(NAND结构实现的RS触发器)或同时下降(NOR结构实现的RS触发器)而使两个输出端Q和Qn发生同相振荡时,通过抗振荡控制反馈电路对输出信号检测并产生反馈信号传输至触发器的输入端,破坏RS触发器发生振荡的条件,同时对触发器进行复位,即Q稳定在0状态,Qn保持在1状态。该电路有效消除了特殊输入模式下引发的振荡和不定状态,大幅提高了RS触发器的操作可靠性。

以上所述,仅为本发明的两类RS触发器的相应实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

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