DE1512398C - Flip Flop Schaltung und Zahlschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf durch Auslöseimpulse zu betätigende Flip-Flop-Schaltungen und mit diesen aufgebaute Zählschaltungen, die insbesondere für. den Aufbau in integrierter Form bestimmt sind.

Bei der Entwicklung der Technik der integrierten Schaltungen hat sich die Größe der verwendbaren Halbleiterscheiben allmählich vergrößert. Außerdem hat sich die Anzahl der Schaltelemente, die auf einer vorgegebenen Flächeneinheit der Halbleiterscheibe untergebracht werden können, infolge der Verkleinerung der einzelnen Schaltelemente vergrößert. Die Zahl der Einzelstromkreise, die auf einer Halbleiterscheibe fabrikatorisch untergebracht werden können, hat sich daher beträchtlich vermehren lassen. Beispielsweise kann eine Halbleiterscheibe, welche einen bistabilen Kreis enthielt, durch eine einzige Halbleiterscheibe ersetzt werden, welche mehrere bistabile Kreise aufweist, und sowohl als Verschiebungsregister wie als binärer Zähler verwendet werden.

Es ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei welcher zwei über Kreuz gekoppelte Inverter zu einem üblichen bistabilen Multivibrator zusammengeschaltet sind, dessen Ausgangssignale den Eingangssignalen mit einer geringen Schaltverzögerung folgen, welche durch den Umschaltmechanismus (Umladung der Schaltkapazitäten und Trägheit der Transistoren) folgen. Während dieser Umschaltzeit auftretende Störimpulse können jedoch den Umschaltvorgang beeinflussen und zu einem Fehlergebriis führen. Insbesondere bei Zählern, welche mit Multivibratoren aufgebaut werden, ist eine solche Störempfindlichkeit äußerst unerwünscht, da hierdurch das Zählergebnis verfälscht werden kann. Eine weiterhin bekannte bistabile Schaltung arbeitet mit einer Tunneldiode, jedoch ist auch diese Schaltung sehr empfindlich gegen Störimpulse, welche den Schaltzustand während des Umschaltens oder auch im stabilen Zustand in unerwünschter Weise beeinflussen können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer bistabilen Schaltungsanordnung, die mit Flip-Flops aufgebaut ist und in hohem Maße unempfindlich gegen Störimpulse ist, und zwar nicht nur wie bei Flip-Flop-Schaltungen ohnehin im stabilen Zustand, sondern auch insbesondere gegen Störimpulse, die während des Umschaltens zwischen den beiden stabilen Zuständen auftreten. Insbesondere soll sich die Schaltung zur Herstellung in integrierter Form eignen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Flip-Flop-Schaltung mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Inverter, mit einem ersten, normalerweise durchlässigen Gatter zur Koppelung des Ausgangs des dritten Inverters mit dem Eingang des ersten und zweiten Inverters, mit einem zweiten, normalerweise durchlässigen Gatter zur Koppelung des Ausgangs des zweiten Inverters mit dem Eingang des dritten Inverters, derart, daß der zweite und dritte Inverter als bistabiles Paar arbeiten, ferner mit einem dritten, normalerweise gesperrten Gatter zur Koppelung des Ausgangs des ersten Inverters mit dem Eingang des zweiten Inverters sowie mit einer Auslösesignalquelle zur Öffnung des dritten Gatters für einen Teil des Schaltintervalls und mit einer Steiiersignalquclle zur Sperrung des zweiten Gatters, wenn das dritte Gatter wenigstens für einen Teil des erwähnten Schaltinturvalls geöffnet ist, und zur Sperrung des ersten Gitlters für die ganze Dauer des Schaltinter

vails, so daß das bistabile Inverterpaar aus dem einen seiner stabilen Zustände in den zweiten stabilen Zustand umgeschaltet wird.

In der Zählschaltung gemäß der Erfindung enthält jede Stufe eine durch Impulse zu betätigende Flip-Flop-Schaltung ähnlich der in deni vorstehenden Ab- j satz erwähnten Schaltung. Das dritte normalerweise gesperrte Gatter jeder nachfolgenden Schaltung spricht auf die Ausgangsimpulse der ersten und zweiten Inverterschaltung der vorhergehenden Stufen an, so daß eine nachfolgende Stufe ihren Betriebszustand nur dann ändert, wenn an der Ausgangsseite des ersten und zweiten Inverters der entsprechenden vorhergehenden Stufe das gleiche binäre Signal auftritt.

Weitere.Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Schaltbilder von Invertern nach dem Stande der Technik,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Gatters nach dem Stande der Technik,

Fig. 4 ein Schaltbild eines mit den erfindungsge- f, mäßen Flip-Flop-Schaltungen aufgebauten, zweistufigen Binärzählers und

F i g. 5 Darstellungen von Impulsen zur Erläuterung des Betriebs der in Fig. 4 dargestellten Schaltung. .

Die aktiven Elemente, die zur Realisierung der Erfindung in Aussicht genommen sind, sind vorzugsweise isolierte Feldeffekttransistoren, welche je zwei getrennte Elektroden (Quellenelektrode und Abzugselektrode) besitzen, welche einen Stromweg definie- ren und ferner eine Steuerelektrode oder Gitterelektrode zur Beeinflussung der Stromdurchlässigkeit des Stromweges. Solche Transistoren können entweder vom Anreicherungstyp oder vom Verarmungstyp sein. Der Anreicherungstyp ist für die vorliegende Erfindung von besonderem Interesse. Bei einem Anreicherungstransistor ist der Widerstand des Strompfades sehr hodi, wenn das Gitter und die Spannungsquelle auf dem gleichen Spannungswert sind. Ein Signal von geeigneter Polarität, welches zwischen dem Gitter und der Quellenelektrode auftritt, vermindert den Widerstand des Strompfades auf einen verhältnismäßig kleinen Wert.

Ein isolierter Feldeffekttransistor kann entweder vom p-Typus oder vom η-Typus sein, je nachdem welchen Leitungstyp der Halbleiterkörper besitzt. Ein p-Transistor ist ein Schaltelement, in welchem die Majoritätsträger Löcher sind, während ein n-Transistor ein Schaltelement ist, in welchem die Majoritätsträger Elektronen sind. - ■ . ■

In Fig. 1 und 2 sind zwei Inverter gemäß dem Stande der Technik dargestellt, welche als durch Impulse auslösbare Flip-Flop-Schaltung und als Zählschaltung für die Erfindung benutzt werden können. Obgleich auch andere Inverterschaltungen zur Herstellung von Flip-Flop-Schaltungen und Zählschaltungen nach der Erfindung als diskrete Schaltelemente benutzt werden können, sind die dargestellten Inverterschaltungen besonders gut für integrierte Schaltungen geeignet, welche verschiedene Flip-Flops enthalten, die für den Betrieb als Zähler zusammen- r

geschaltet sind. . ' ■·■■..;■.

' . J In Fig. 1 ist ein Inverter von komplementärer Symmetrie gemäß dem Stande der Technik als p-Transistor 1 und n-Transistor 2 veranschaulicht.

Die Gitterelektroden Ig und 2 g liegen gemeinsam an einer Eingangsklemme 3. Die Abzugselektroden 1 d und 2 rf liegen gemeinsam an einer Ausgangsklemme 4. Die Quellenelektrode Ii ist an die positive Klemme einer durch eine Batterie 15 dargestellten Speisespannung angeschlossen, während deren negative Klemme geerdet ist. Die Batterie 15 möge eine Spannung von F₀ Volt besitzen. Die Quellenelektrode 2 s ist ebenfalls geerdet.

Die Eingangsklemme 3 und die Ausgangsklemme 4 sind außerdem noch über eine Eingangskapazität C_in und eine Ausgangskapazität C_L verbunden, von denen jede nach Erde führt. Die Eingangskapazität C_1n stellt die Eingangskapazität der beiden Transistoren 1 und 2 dar. Die Belastungskapazität C_L gibt in der Hauptsache die Eingangskapazität der anderen Transistoren, welche von dem Inverter gesteuert werden, wieder. .,

Wie bereits oben bemerkt, sind die Transistoren in F i g. 1 vom Anreicherungstyp. Wenn also die Eingangsspannung 6 das Potential + F₀ aufweist, besitzt der Strompfad von der Quellenelektrode zur Abzugselektrode, des n-Transistors 2 einen geringen Widerstand, so daß die Kapazität C₁ auf die Spannung 0 aufgeladen wird. Wenn andererseits die Eingangsspannung 6 die Größe 0 hat, weist der Strompfad des n-Transistors 2 einen hohen Widerstand auf, und der Strompfad des p-Transistors 1 hat einen, verhältnismäßig kleinen Widerstand, so daß die Belastungskapazität Cι praktisch auf die Spannung +F₀VoIt aufgeladen wird. -

. Die komplementäre Symmetrie des oben beschriebenen Inverters hat den Vorteil einer geringen Leistuhgsabführung im stationären Zustand. Diese geringe Leistungsabführurig wird hauptsächlich dadurch. erreicht, weil der p-Transistor stromdurchlässig ist, während der η-Transistor undurchlässig ist, und umgekehrt. Die Belastungskapazität C_L hat daher eine Ladung von entweder O oder +F₀VoIt. Ein geringer Leistungsbetrag geht im stationären Zustand infolge des geringen Stromabflusses von der Quellenelektrode nach der Abflußelektrode eines gesperrten Transistors verloren. Jedoch ist dieser Verluststrom verhältnismäßig klein, so daß die Leistungsabführung im stationären Zustand vernachlässigbar ist. Der einzige Zeitpunkt, in welchem eine erhebliche Leistung von dem komplementären Inverter abgeführt wird, ist der Zeit-"punkt der Umschaltung. Wegen des geringen Leistungsverlustes eignet sich der komplementäre Inverter für integrierte Schaltungspakete mit vielen Einzelelementen. . . . '

In F i g. 2 ist ein anderer Inverter gemäß dem . Stande der Technik dargestellt, der zwei n-Transistoren 8 und 9 besitzt, wobei der Transistor 9 die Belastung für den Transistor 8 darstellt. Zu diesem Zweck ist die Gitterelektrode 9 g und die Abflußelektrode 9d gemeinsam mit der positiven Klemme einer Batterie 15 verbunden, deren negative Klemme geerdet ist. Die Batterie 15 möge eine Spannung von F₀VoIt haben. Die Quellenelektrode 9 s ist an die Ausgangsklemme 4 angeschlossen.

Die Ausgangsklemme 4 ist ferner mit der. Abzugselektrode 8 rf des Transistors 8 verbunden. Die Quellenelektrode 8 s liegt an Erde. Die Gitterelektrode 8g liegt an der Eingangsklemme 3. :

Die Eingangsklemme 3 und die Ausgangsklemme 4 sind weiterhin mit Erde über eine Eingangskapazität C₁J, Und. eine 'Ausgangskapazitat C, verbunden, wie in F i g; 2 durch punktiert gezeichnete Verbindungslinien angedeutet ist. Die Eingangskapazität C,„ stellt die Eingangskapazität des Transistors 8 dar, während die Belastungskapazität C_t die Eingangskapazität von weiteren seitens des Inverters gesteuerten Transistoren darstellt.

Beide Transistoren 8 und 9 sind vom Anreicherungstyp. Wegen der gemeinsamen Verbindung der Gitterelektrode 9g und der Abzugselektrode 9 rf mit

ίο der positiven Klemme der Batterie 15 ist der Transistor 9 stets so vorgespannt, daß er stromdurchlässig ist, so daß sein Strompfad einen verhältnismäßig kleinen Widerstand aufweist. Wenn die Eingangsspannung 6 den Potentialwert O Volt aufweist, besitzt der Strompfad des n-Transistors 8 einen hohen Widerstand. Ein konventioneller Strom fließt von der positiven Klemme der Batterie über den Strompfad des Transistors 9 und lädt die Belastungskapazität C_L auf praktisch V₀ Volt auf. Wenn andererseits die Eingangsspannung den Spannungswert +F₀VoIt aufweist, ist der Leitungspfad des n-Transistors 8 von geringem Widerstand. In diesem letzteren Falle fließt Strom in konventioneller Richtung von der positiven Klemme der Batterie 15 über den Leitungspfad beider Transistoren 8 und 9 nach Erde. Wegen des geringen Widerstandes des Transistors 8, hat die Belastungskapazität C_L dann eine Ladung von O VoIt.-Es sei bemerkt, daß die n-Transistoren 8 und 9 auch als p-Transistoren ausgeführt werden können, wenn die Polarität der Batterie 15 umgekehrt wird.

Ein Gatter gemäß dem Stände der Technik ist in

Fig. 3 als n-Feldeffekttransistor 40 dargestellt mit

einer Gitterelektrode'43, die mit einer Klemme 44 verbunden ist, welcher ihrerseits ein Steuersignal mit einem Potentialwert von entweder O oder + F₀ Volt zugeführt wird. Der Transistor 40 ist mit seiner Ausgangselektrode 41 an eine Belastungskapazität C₁ ah der Ausgangsklemme 45 angeschlossen. Die andere der beiden Transistorelektroden 42 liegt an einer Signalquelle 46. Die Signalquelle 46 ist als Beispiel als Antriebsschalter mit einem Schaltarm 47 dargestellt, der entweder auf eine Klemme 48 oder auf eine Klemme 49 umgelegt werden kann. Die Klemme 48 liegt unmittelbar an Erde und die Klemme 49 an dem positiven Pol einer Batterie 50, deren negativer Pol geerdet ist. Je nach der Einstellung des Schaltarms 47 kann die Signalspannung entweder den Wert des Erdpotentials oder an Potential von +F₀VoIt besitzen, wenn F₀ der Spannungswert der Batterie 50 ist.

Ein Feldeffekttransistor wie der Transistor 40 kann Strom in beiden Richtungen zwischen der Quellenelektrode und der Abzugselektrode leiten. Bei einem η-Transistor ist die Quellenelektrode im allgemeinen diejenige Elektrode, von welcher Strom im konventionellen .Stromsinne abgenommen wird. Die Elektrode 41 kann, wie weiter unten noch erläutert werden ,. wird, als Quellenelektrode für den einen Wert der Eingangsspannung und als ,Abzugselektrode für den anderen Wert der Eingangsspannung betrachtet werden. Für den-Betrieb des Übertragungsgatters sei angenommen, daß die kapazität C_L anfänglich auf die eingetragene Polarität aufgeladen worden sei. Es sei ferner angenommen, daß der bewegliche Schaltarm auf die Erdklemme 48 umgelegt worden sei. Der

• Transistor 40 ist gesperrt, wenn sein Gitter an Erde liegt. Wenn die Steuerspannung an der Gitterelektrode 43 dann auf !-K_nVoIt übergeht.; wird der

Transistor 40 stromdurchlässig. Bei den angegebenen Spannungen arbeitet der Transistor 40 als Transistor mit geerdeter Quellenelektrode, wobei die Elektrode 42 die Quellenelektrode und die Elektrode 41 die Abzugselektrode sind. Da die Quellenelektrode unmittelbar geerdet ist, liegt eine konstante Potentialdifferenz von F₀VoIt zwischen der Quellenelektrode

42 und der Gitterelektrode 43, und der Transistor ist also im Sinne eines geringen Widerstandes, d. h. einer guten Leitfähigkeit seines Strompfades vorgespannt, solange die Eingangsspannung und die Gitterspannung die genannten Werte beibehalten. Die Belastungskapazität Cι kann vollständig über den Strompfad des Transistors 40 entladen werden, so daß die Spannung an der Ausgangsklemme 45 auf Erdpotential übergeht.

Wenn die Steuerspannung an der Gitterelektrode

43 von + F₀ Volt auf Erdpotential übergeht, wird der Transistor 40 stromundurchlässig, und die Belastungskapazität bleibt ungeladen.'

Es sei nunmehr angenommen, daß der Schaltarm 47 auf die Klemme 49 umgelegt werden möge, so daß die Eingangsspannung +F₀VoIt beträgt. Wenn die Steuerspannung an der Gitterelektrode 43 wieder auf + F₀ Volt übergeht, so existiert eine Potentialdifferenz von F₀ Volt zwischen der Gitterelektrode 43 und der Elektrode 41, so daß die Elektrode 41 nunmehr die Quellenelektrode ist. Der Transistor 40 arbeitet ημη in Quellenfolgeschaltung. Der Strom fließt von der positiven. Klemme der Batterie 50 über den Strompfad des Transistors 40 zu der Lastkapazität C₁. Diese Lastkapazität C_t wird auf einen Wert von V₀ — F₇- aufgeladen, wobei F₇- der Schwellenwert für die Stromdurchlässigkeit des Transistors ist. Die Schwellenspannung F₇- ist normalerweise klein zu der ' Eingangsspannung F₀, so daß die Kapazität C_L praktisch auf F₀ Volt aufgeladen wird. .

In F i g. 4 ist eine durch Impulse auslösbare Flip-Flop-Schaltung gemäß der Erfindung in einem mehrstufigen binären Zähler dargestellt, von welchem nur die erste und zweite Stufe in F i g. 4 veranschaulicht sind. Die erste Stufe enthält vier Gatter 60, 70, 80 und 90 und drei Inverter 10, 20 und 30, wobei die Schaltungsausführung praktisch identisch mit derjenigen in Fig. 1.ist. Die Wahl der Fig. 1 zur Erklärung der Flip-Flop-Schaltung und des Zählers gemäß der Erfindung ist willkürlich, und es könnte die . Erfindung ebensogut an Hand der F i g. 2 oder an Hand irgendeines anderen Inverters erläutert werden. Gleiche Schaltelemente der drei Inverter .sind mit Bezugszeiclien versehen, von welchen die Zehnerstelle den betreffenden Inverter bedeutet, in welchem sich das betreffende Schaltelement befindet, und in welchen die Einerstelle das betreffende Schaltelement in Übereinstimmung mit Fig. 1 bedeutet. Ebenso entsprechen die Gatter 60, 70, 80 und 90 dem Gattertransistor 40 in Fig. 3.

Die Inverter 10, 20 und 30 sind über Gattertransistoren 60, 70, 80 und 90 miteinander verbunden. Die. Inverter 20 und 30 sind kreuzgekoppelt in demjenigen Sinne, daß die Ausgangsseite jedes Inverters mit der Eingangsseitc des anderen Inverters über den Leiüingspfad eines Transistors 60 bzw. 70 für den Betrieb als bistabiles Paar angeschlossen ist. Zu diesem Zweck jst der Leitungspfad des Transistors 60 zwischen der Ausgangsseite 24 und der Eingangsseite 33 und der Leitungspfad des Transistors 70 zwischen ,der Ausgangsseitc 34 und der Eingangsseite-23 eingeschaltet. Die Ausgangsseite 34 liegt ferner über den Leitungspfad des Transistors 80 an der Eingangsseite 13 des Inverters 10. Der Inverter 10 kann als Eingangsinverter zu dem bistabilen Paar, welches durch die Inverter 20 und 30 dargestellt wird, angesehen werden. Die Ausgangsseite 14 des Inverters 10 ist mit der Eingangsseite 23 des Inverters 20 über den Leitungspfad des Transistors 90 verbunden. .

Die Gitterelektrode 63 des Transistors 60 liegt an ίο einer Klemme 56, welcher ein Steuersignal Φ_Α zugeführt wird. Die Gitterelektroden 73 und 83 der Transistoren 70 und 80 sind an eine Klemme 57 angeschlossen, welcher ein Steuersignal Φ_Β zugeführt wird. Die Gitterelektrode 93 des Transistors 90 liegt an einer Klemme 55, welcher Auslösesignale T zugeführt werden. Die Quellenelektroden der p-Trahsistoreri in jedem Inverter sind an eine gemeinsame Klemme 54 angeschlossen, welcher eine Speisespannung von + F₀VoIt zugeführt wird. Die Quellenelektroden der η-Transistoren jenes Inverters sind gemeinsam an eine Erdklemme 58 angeschlossen.

Der stationäre Betrieb der Flip-Flop-Schaltung ist . dadurch definiert, daß das Auslösesignal T 0 Volt beträgt und die Steuersignale Φ_Α und Φ_Β beide +F₀VoIt betragen. Diese Bedingungen gelten kurz vor dem Zeitpunkt T₁ in der Kurvenverlaufdarstellung nach F i g. 5. Dabei kann die Flip-Flop-Schaltung sich in einem ihrer beiden stabilen Zustände befinden. Im ersten stabilen Zustand haben die Ausgangssignale Q und ~Q an den Ausgangsklemmen 34 und 24 die Größe 0 bzw. +F₀VoIt. Wenn die Steuersignale Φ_Α und Φ_B die Größe + F₀ Volt besitzen, wird der Gattertransistor 60 aktiviert und arbeitet nach Art der Quellenfolgeschaltung, so daß die Eingangskapaziät des Inverters eine Ladung von + F₀VoIt annimmt. Bei einer Größe des Steuersignals Φ β von +F₀VoIt werden die Gattertransistoren 70 und 80 ebenfalls aktiviert, so daß die Eingangskapazität der Inverter 10 und 20 auf 0 Volt geladen wird. Die Gatter 60 und 70 bewirken also, daß die bistabilen Inverter 20 und 30 in ihrem ersten stabilen Betriebszustand festgehalten werden. Ferner, befindet sich die Ausgangsklemme 14 des Eingangsinverters 10 praktisch auf + F₀ Volt. Im stationären Zustand ist die Ausgangsklemme 14 wegen des Gattertransistors 20 von der Eingangsklemme 23 des Inverters 20 isoliert, da das Auslösesignal T eine Größe von 0 Volt hat.

Im zweiten stabilen Zustand haben die Ausgangssignale Q und ~Q die Größe + F₀ bzw. 0 Volt. Das Gatter 60 bewirkt, daß die Eingangskapazität des Inverters 30 eine Ladung von 0 Volt annimmt, während die Gattertransistoren 70 und 80 nach Art der Quellenfolgeschaltung arbeiten, so daß die Eingangskapazitäten der Inverter 10 und 20 eine Ladung von + F₀ besitzen. Die Gattertransistoren 60 und 70 halten die bistabilen Inverter wieder in ihrem zweiten stabilen Zustand fest. Die Ausgangsklemme 14 des Ejngangsinverters befindet sieh auf OVoIt und ist wieder wegen des Abtrenntransistors 90 von der Eingangsklemme 23 des Inverters 20 isoliert.

Im folgenden wird nunmehr die Wirkungsweise der durch Impulse auslösbaren Flip-Flop-Schaltung für die Auslösesignale beschrieben. Es sei angenommen, daß kurz vor dem Zeitpunkt /, die Flip-Flop-Schaltung sich in ihrem ersten stabilen Zustand befindet, in welchem die Ausgangssignale Q und ~Q Werte von 0 bzw. ^L F₀ Volt besitzen. Im Zeitpunkt Z₁

7 8

tritt an der Gitterelektrode 93 des Gattertransistors zurück, so daß die Transistoren 70 und 80 die Ein-

90 ein Auslösesignal T mit einer Spannung von gangskapazitäi des Inverters IO entladen können und

+ F₀ Volt auf, so daß der Transistor nach Art einer den entladenen Zustand der Eingangskapazität des

Quellenfolgeschaltung arbeitet und die . Eingangs- Inverters 20 aufrechterhalten.

kapazität des Inverters 20 auf -1-F₀VoIt auflädt. 5 Der nächste Auslöseimpuls schaltet die Flip-Flop-

Während die Eingangskapazitäten des Inverters 20 Schaltung in der gleichen Weise um wie der erste

geladen wird, geht die Inverter-Ausgangsklemme 24 Auslöseimpuls, der während des Schaltintervalls von

von + F₀ auf OVoIt über. t_t bis f₃ zugeführt wurde. Der nächste Auslöseimpuls

Im Zeitpunkt ij ändern sich die Steuersignale Φ_Α schaltet wieder die Flip-Flop-Schaltung in der und Φ« auf OVoIt und sperren die Gattertransistoren io gleichen Weise um wie die zweiten Auslöseimpulse, 60, 70 und 80. Der gesperrte Transistor 60 isoliert welche im Zeitintervall von i_s bis t_g zugeführt wurden, die Eingangskapazität des Inverters 30, so daß diese Die oben beschriebene, durch Impulse auslösbare die Signaländerung an der Ausgangsklemme 24 des Flip-Flop-Schaltung kann als binärer Zähler- verwen-Inverters 20 nicht mitmachen kann. Der großeWider- det werden. Wenn beispielsweise die Bits »l«und »0« stand, welcher in dem Strompfad des Transistors 60 15 willkürlich den Spannungswerten + F₀ bzw. 0 Volt auftritt, verhindert also eine Entladung der Eingangs- zugeordnet werden, liefern, die Ausgarigssignale Q kapazität des Inverters 30. Diese Isolierung wird zeit- und ~Q der Flip-Flop-Schaltung einen Bit »1« bei lieh durch den Leckstrom des Transistors 60 begrenzt. aufeinanderfolgender Auslöseimpulsen. Das Aus-Dieser Leckstrom kann in der Fabrikation beeinflußt gangssignal ζ? hat also als Ergebnis von zwei zuwerden, so daß die Zeitkonstanten der angeschlos- 20 geführten Auslöseimpulsen den binären Wert »1«.
senen Kreise groß gegenüber den Umschaltzeiten der Wie in F i g. 4 dargestellt, ist die durch Impulse Inverter sind. Der Auslöseimpuls und der Steuer- auslösbare Flip-Flop-Schaltung die erste Stufe eines impuls Φ_Α enden im Zeitpunkt /₂, was eine Perioden- , mehrstufigen binären Zählers. Die zweite dargestellte dauer größer als die Umschaltzeit des Inverters 20 Stufe des Zählers stimmt mit der ersten Stufe weitergibt, jedoch erheblich kleiner als die Zeitkonstante as gehend überein, und es sind daher für ihre Schaltinfolge des Leckstromes des Abtrenntransistors 60. elemente auch die gleichen Bezugszeichen jeweils

Im Zeitpunkt t., kehrt das Auslösesignal auf den unter Zusatz des Buchstabensa verwendet Worden.

Spannungswert OVoIt zurück und sperrt dadurch den Wie in der Flip-Flop-Schaltung der ersten Stufe sind

Transistor 90, und das Steuersignal Φ_Α nimmt einen die Inverter 10 a, 20 a und 30 a zwischen die Versor-

Wcrt von +F₀VoIt an und aktiviert dadurch den 30 gungsspannung und Erde, d.h. zwischen die Kleni-

Transistor 60. In diesem Zeitpunkt entlädt das Gat- men 54 und 58 eingeschaltet. Auch die Gitterelek-

ter 60 die Eingangskapazität des Inverters 30 auf trode63a liegt an der Steuerimpulsleitung α, welche

praktisch OVoIt. Während der Entladung dieser Ein- von der Klemme 56 nach rechts verläuft, während die

gangskapazität ändert sich das Ausgangssignal Q Gitterelektroden 73 α und 83 a an die Steuerimpuls-

an der Klemme 34 von 0 auf -KF₀VoIt im Zeit- 35 leitung b angeschlossen sind, die von der Klemme 57

punkt >.,. Das Steuersignal Φ_Β bleibt bei 0 Volt, so daß nach rechts verläuft. Diese Steuerimpulsleitungen und

die Transistoren 70 und 80 die Signaländerung an der die Äusgangsleitungen der zweiten Stufe, die mit Qa

Äiisgangsklemme 34 des Inverters 30 von den Ein- und £?a bezeichnet sind, führen zu den weiteren Stu-

gangskapazitäten der Inverter 10 und 20 fernhalten. fen des Zählers.

Somit wird wegen der Sperrung im Zeitintervall /₂ bis 40 Die zweite Stufe und alle darauffolgenden Stufen

/_;V die Flip-Flop-Schaltung dauernd in ihrem zweiten unterscheiden sich von der ersten Flip-Flop-Stufe

stabilen Zustand festgehalten. darin, daß der Gattertransistor 90 durch zwei Gat-

Im Zeitpunkt f₃ werden durch die Rückkehr des tertransistoren 90a und 100a ersetzt ist, deren Strom-Steuersignals </>,) auf dem Spannungswert +F₀VoIt pfade in Reihe zwischen der Ausgangsklemme 14 a die Gattertransistoren 70 und 80 aktiviert und arbei- 45 des Inverters 10a und der Eingangsklemme 23a des ten nach Art der Quellenfolgeschaltung, so daß die Inverters 20a liegen. Die Gitterelektroden 93α und Eingängskapazität des Inverters 10 auf +F₀VoIt ge- 103α empfangen die Ausgangssignale Q bzw. £7 der laden wird und die Ladung der Eingangskapazität des ersten Flip-Flop-Stufe.

Inverters 20 auf praktisch + F₀ Volt festgehalten Die zweite Flip-Flop-Stufe arbeitet ähnlich wie die

wird. Durch den ersten Auslöseimpuls wird also die 50 erste Flip-Flop-Stufe. Jedoch kann die zweite Flip-

Ffip-Flop-Schaltüng im Intervall Z₁ bis f₃ aus ihrem Flop-Stufe nur dann ausgelöst werden, wenn beide

ersten stabilen Zustand in ihren zweiten stabilen Zu- Ausgangssignale Q und ~Q die Größe +F₀VoIt

stand übergeführt. haben, so daß beide Gatter 90 a und 100 α zur

: Der nächste Auslöseimpuls zwischen den Zeit- Ladung bzw. Entladung der Eingangskapazität des punkten r₄ und i, bewirkt in ähnlicher Weise die 55 Inverters 20 α befähigt werden. Die zweite Stufe kann

Rückführung der Flip-Flöp-Schaltung aus ihrem also nur ausgelöst werden, wenn die beiden Aus-

zweiten stabilen Zustand in ihren ersten stabilen Zu-- gangssignale Q und £7 der ersten Stufe die gleiche

stand. Zu diesem Zweck wird der Transistor 90 akti- binäre Bedeutung haben. Diese Bedingung ist nur

viert und entlädt die Eingangskapazität des Inverters während jedes zweiten Schaltintervalls erfüllt. Es 20 auf OVoIt. Das Ausgangssignal 5 an der Inverter- 60 sei angenommen, daß die Ausgangssignale Qa und

Ausgangsklemme 24 geht von 0 auf +F₀VoIt über. Qa der zweiten Stufe anfänglich die Werte 0 bzw.

Der Abtrenntransistor 60 hält wieder die Signal- +F₀VoIt besitzen. Die Ausgangssignale Q und XJ

änderung an der Ausgarigsklemme 24 von der Ein- haben während des ersten Umschaltintervalls zwi-

gangskapazitat des Inverters 30 fern. Während der sehen J₁ und i₃ nicht beide die Größe + F₀ Volt. Verriegelungsdauer im Intervall von i, bis t₀ wird der 65 Während des nächsten Umschaltintervalls zwischen

Transistor'60 aktiviert Und lädt die Eingangskapazi- ^! r₄;bis f₆ haben beide Signale Q und Q~ eine Größe

tat _: des-Tnverters 30 auf praktisch + F₀ Volt auf. Im von +F₀VoIt; so daß die Gatter90a und 100a in

Zeitpunkt7_a"kehrt das Steuersignal Φ_Β auf + F₀ Volt der zweiten'Flip-Flop-Stufe diese zweite Flip-Flop-

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Stufe umschalten können. Die Ausgangssignale Q und JJ der ersten Stufe nehmen nicht wieder gleichzeitig die Größe +F₀VoIt an, bis der vierte Auslöseimpuls der ersten Stufe zugeführt wird. Daher tritt am Ausgang der zweiten Stufe nur bei jedem vierten zugeführten Auslöseimpuls ein .Ausgangssignal Qa und ~Qa von + V₀ Volt auf.

Im vorstehenden sind also eine durch Impulse auslösbare Flip-Flop-SchaUung und ein binärer Zähler beschrieben, welche isolierte Feldeffekttransistoren verwenden. Wie bereits oben bemerkt, können auch andere Inverter als die dargestellten Inverter von komplementärer Symmetrie in der. Flip-Flop-Schaltung benutzt werden. Außerdem können die Gatter auch in Form von p-Transistoren statt in Form von η-Transistoren verwendet werden, sofern geeignete Werte von Auslösesignalen T und Steuersignalen Φ_Α und Φ_Β vorliegen.

Claims (9)

Patentansprüche: ao

1. Durch Impulse auslösbare Flip-Flop-Schal- - tung, gekennzeichnet durch einen ersten, einen zweiten und einen dritten Inverter (10, 20, 30), durch ein erstes, normalerweise durchlässiges Gatter (80, 70) zur Koppelung des Ausgangs des dritten Inverters (30) mit dem Eingang des ersten und zweiten Inverters (10, 20), durch ein zweites, normalerweise durchlässiges Gatter (Tr 60) zur Koppelung des Ausgangs des zweiten Inverters (20) mit dem Eingang des dritten Inverters (30), derart, daß der zweite und dritte Inverter (20, 30) als bistabiles Paar arbeiten, durch ein' drittes, normalerweise gesperrtes Gatter (Tr90) zur Koppelung des Ausgangs des ersten Inverters (10) mit dem Eingang des zweiten Inverters (20), durch eine Auslösesignalquelle (55) zur öffnung des dritten Gatters (TrSM)) für einen Teil des Schaltintervalls und durch eine Steuersignalquelle (56, 57) zur Sperrung des zweiten Gatters (Tr 60), wenn das dritte Gatter (Tr 90) für wenigstens einen Teil des erwähnten Schaltintervalls geöffnet ist, und zur. Sperrung des ersten Gatters (Tr80, 70) für die ganze Dauer des Schaltintervalls, so daß das bistabile Inverterpaar (20, 30) aus dem einen seiner stabilen Zustände in den zweiten stabilen Zustand umgeschaltet wird.

2. Flip-Flop-Schaltung nach Anspruch 1, da- / durch gekennzeichnet, daß das erste Gatter (Tr 80, 70) einen ersten und einen zweiten Feldeffekttransistor (80 bzw. 70) enthält, daß der Strompfad des' ersten Transistors (80) zwischen den Ausgang des dritten Inverters (30) und den Eingang des ersten Inverters (10) geschaltet ist und daß der Strompfad des zweiten Transistors (70) zwischen den Ausgang des dritten Inverters (30) und den Eingang des zweiten Inverters (20) geschaltet ist, wobei die Steuersignalquelle (56, 57)

in den Strbmpfaden einen hohen Widerstand für die ganze Dauer des Umschaltintervalls hervorruft.

3. Flip-Flop-Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite und dritte Gatter (Tr 60 bzw. 90) einen dritten bzw. einen vierten Feldeffekttransistor (60 bzw. 90) enthält, daß der Strompfad des dritten Feldeffekttransistors (60) zwischen den Ausgang des zweiten Inverters (20) und den Eingang des dritten Inverters (30) geschaltet ist und der Strompfad des vierten Feldeffekttransistors (90) zwischen den Ausgang des ersten Inverters (10) und den Eingang des zweiten Inverters (20) geschaltet ist und daß die Steuersignalquelle (56) in dem Strompfad des dritten Transistors (60) einen hohen Widerstand während des erwähnten Teiles des Umschaltintervalls hervorruft und die Auslösesignalquelle (55) in dem Strompfad des vierten Transistors (90) einen niedrigen Widerstand während des erwähnten Teiles des Schaltintervalls hervorruft.

4. Flip-Flop-Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Feldeffekttransistoren eine Gateelektrode zur Steuerung der Leitfähigkeit seines Strompfades besitzt und daß die Gateelektrode (93) des vierten Feldeffekttransistors (90) an die Auslösesignalquelle (55) und die übrigen Gateelektroden (63 bzw. 73, 83) an die Steuersignalquelle (56 bzw. 57) angeschlossen sind.

5. Flip-Flop-Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Inverter komplementäre Feldeffekttransistoren enthalten.

6. Flip-Flop-Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Inverter einen Feldeffekttransistor zur Inversion und einen Belastungsfeldeffekttransistor gleichen Leitungstyps enthält.

7. Mehrstufiger Zähler, in welchem jede Stufe eine Flip-Flop-Schaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösesignalquelle für die zweite Stufe aus den Ausgängen des zweiten und dritten Inverters (20 bzw. 30) der ersten Flip-Flop-Stufe besteht.

8. Zähler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe das dritte Gatter einen Feldeffekttransistor (90) enthält, dessen Strompfad zwischen den Ausgang des ersten Inverters (10) und den Eingang des zweiten Inverters (20) geschaltet ist und dessen Gateelektrode (93) an die Auslöseimpulsquelle (55) angeschlossen ist, daß in der zweiten Stufe das dritte Gatter zwei Feldeffekttransistoren (90 a, 100 a) enthält, deren Strompfade in Reihe zueinander und zwisehen den Ausgang des ersten Inverters (10 α) und den Eingang des zweiten Inverters (2Oa) geschaltet sind, und daß die Gateelektroden (93 a, 103 a) dieser beiden Feldeffekttransistoren an die Ausgänge des zweiten Inverters (20) und des dritten Inverters (20) der ersten Stufe angeschlossen sind.

9. Flip-Flop-Schaltung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösesignalquelle (55) einen Auslöseimpuls während des erwähnten Teiles des Umschaltimpulses an die Gateelektrode des vierten Feldeffekttransistors (90) liefert, daß die Steuersignalquelle (56, 57) einen ersten Steuerimpuls (Φ_Β) an die Gateelektroden (83, 73) des ersten und des zweiten Feldeffekttransistors (80, 70) und einen zweiten Steuerimpuls (Φ_Α) an die Gateelektrode (63) des dritten Feldeffekttransisto'rs (60) während des erwähnten Umschaltintervalls liefert und daß die Dauer des ersten Steuerimpulses (Φ_Β) sich über die ganze Dauer des Umschaltintervalls erstreckt, während die Dauer des zweiten Steuerimpulses (Φ_Α) nur den erwähnten Teil der Dauer des Umschaltintervalls umfaßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen