DE1953478A1

DE1953478A1 - Integrierter logischer Kreis

Info

Publication number: DE1953478A1
Application number: DE19691953478
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Ando; Shigeyuki Ochi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1968-10-23
Filing date: 1969-10-23
Publication date: 1970-05-06
Also published as: NL6915979A; DE1953478B2; FR2021406A1; US3622798A; DE1953478C3; GB1290149A; NL158981B

Description

It 1405

Sony Corporation, Tokio/Japan

Integrierter logischer Kreis

Die Erfindung bezieht sich auf einen integrierten logischen Kreis, insbesondere einen integrierten logischen Kreis des verhältnislosen Typs unter Verwendung von Zweiphas en-Takt impuls en.

In digitalen logischen Kreisen wurden in Jüngster Zeit aus den nachstehend erläuterten Gründen Metallisolator-Halbleiter (MIS)-]?eldeffekt-Transistoren oder Metalloxyd-Halbleiter (MOS)-Transistoren verwendet. Ein integrierter Kreis großer Abmessungen mit MOS-Transistoren erfordert nämlich bei der Herstellung weniger Diffusionsprozesse, ist daher leicht herzustellen, besitzt einen hohen Wirkungsgrad und weist ferner einen niedrigen Leistungsverbrauch auf.

Ein logischer Kreis mit einem üblichen MOS-Transistor des Verhältnistyps erfordert jedoch viele MIS-Transistoren großer Abmessungen als Belastungen; dies zwingt zu einer Begrenzung der Dichte der Transistoren auf einem Halbleitersubstrat, was den Ausnutzungskoeffizienten des Substrates verringert. Bei einem üblichen logischen Kreis des verhältnislosen Typs können kleine MlS-Transistoren derselben Abmessungen benutzt werden, so daß sich ein hoher Ausnutzungskoeffizient des Substrates ergibt. Dieser Kreis

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erfordert jedoch auch eine Leitung zur Stromversorgung der MIS-Transistoren, eine Masseleitung und eine Leitung für einen Drei- oder Vierphasen-Taktimpuls (außer den Eingangs- und Ausgangsleitungen). Die elektrischen Felder dieser Leitungen üben demgemäß einen Einfluß auf den Substrat aus, so daß die Transistoren nicht ganz eng aneinander angeordnet werden können und der gesamte Leistungsverbrauch nicht im erwünschten Masse verringert werden kann,

Die Erfindung bezieht sich nun auf einen integrierten Kreis des verhältnislosen Typs ("ratioless type")* der un- W ter Zufuhr eines Taktimpulses ohne Verwendung einer Gleichspannungsquelle arbeitet.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich im einzelnen aus dem Hauptanspruch. Sie besitzt die folgenden Vorteile:

1. Da der Taktimpuls ein Zweiphasen-Impuls sein kann, ergibt sich eine einfache Leitungsführung.

2. Da die verwendeten MOS-Transistoren dieselbe miniaturisierte Bauweise besitzen können, sind ihre Integrationsdichte und Schaltgeschwindigkeit hoch.

3. Da der Signalwert unabhängig von der Steilheit g der MOS-Transistoren bestimmt wird, spielt die bei der Herstellung der MOS-Transistoren verursachte Dispersion keine Rolle, was die Herstellung des integrierten Kreises erleichtert. Der resultierende integrierte logische«Kreis wird ferner durch Rauschen nicht ungünstig beeinflußt.

4. In dem Kreis fließt ein Strom nur dann, wenn ein Taktimpuls zugeführt wird; der Strom ist nur ausreichend, um die Streukapazität der MOS-Transistor-Kreise aufzuladen, so daß der Leistungsverbrauch klein bleibt.

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5. Es werden weder eine Gleichspannungsquelle, noch Verbindungen zur Stromversorgung benötigt.

6. Auf der Oberfläche des integrierten Kreises braucht keine Masseleitung vorgesehen zu werden; stattdessen wird der Substrat als Masseverbindung benutzt. Demgemäß kann ein Isolator, beispielsweise aus Siliziumdioxyd oder Siliziumnitrid auf dem integrierten Kreis dünn ausgebildet werden; der integrierte Kreis läßt sich daher leicht herstellen.

7.' Da der Strom des Taktimpulses nur fließt, wenn die Streukapazität aufgeladen wird, kann der Taktimpulsgenerator einen einfachen Aufbau erhalten.

Durch die Erfindung wird somit ein kompakter integrierter logischer Kreis geschaffen, der keine G-leichspannungsquelle benötigt. Bei dem erfindungsgemäßen integrierten logischen Kreis wird der Substrat als Masseverbindung verwendet. ^:irfir.dungsgemäß wird ferner ein digitaler logischer Kreis geschaffen, der veniger MOS-Transistoren verwendet. Diese und weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den Ansprüchen und der folgenden "Beschreibung hervor. In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1,3 und 5 Schaltbilder vor. erfindungsgemäßen logischen Kreisen (in Anwendung auf Verzögerungs-Multivibrator-Kreisen);

Fig.2,4 und 6 Diagramme zur Erläuterung der Schaltungen der Fig.1,3 und 5;

Fig.7 Beispiele von Kreiskombinationen.

Erfindungsgemäß werden ein Kreis, bestehend aus zwei MIS-Trar.sistoren und ohne Spannungsanschluß, und ein kom-

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binatorischer Kreis, bestehend aus einem UND-Torkreis, einem ODER-Torkreis, einem Brückenkreis oder einer Kombination hiervon und ohne Spannungsanschluß, als eine Einheit auf demselben Halbleitersubstrat ausgebildet und stellen zusammen einen integrierten logischen Kreis dar. In-Fig. 1 ist ein Verzögerungsmultivibratorkreis veranschaulicht, der den oben erläuterten Kreis verwendet; die MIS-Transistoren sind hierbei N-Typ-Vergrößerungs-Feldeffekttransistoren mit isoliertem Tor. Wenn die Polarität einer verwendeten Spannung umgekehrt wird, können P-Typ-Feldeffekttransistoren mit isoliertem Tor verwendet werden.

In der Zeichnung kennzeichnet das Bezugszeichen A einen kombinatorischen Kreis, der aus einem MIS-Transistor M₁ besteht, der weder einen Stromquellenanschluß, noch einen Eingangsanschluß für die Zufuhr eines Taktimpulses auf-.weist. Das Tor des MIS-Transistors M₁ ist ein Eingangsanschluß T₁; die Quellelektrode des MIS-TraraLstors M₁ ist mit dem Tor und der Quellelektrode eines Mls-Transistors Mp verbunden; der Verbindungspunkt von Tor und Quellelektrode des MIS-Transistors M₂ ist an einen ersten Taktimpuls-Eingangsanschluß t₁ angeschlossen. Die Ziehelektrode des MIS-Transistors M₁ ist an einen Punkt X₁ angeschlossen, der die Ziehelektrode des MIS-Transistors Mp mit der Quellelektrode eines MIS-Transistors M, verbindet; das Tor des MIS-Transistors M, ist an einen zweiten Taktimpuls-Eingangsanschluß t₂ angeschlossen. Auf diese Weise ist ein Kreis gebildet, dessen Ausgang die Ziehelektrode des MlS-Transistors M, bildet. Sie ist über einen Punkt X₀ mit dem Tor eines MIS-Transistors Mc eines Kombinationskreises A^! verbunden, der weder einen Spannungsanschluß, noch einen Taktimpuls-Eingangsanschluß aufweist. Die Quellelektrode des MIS-Transistors M₅ ist mit dem zweiten Taktimpuls-Eingangsanschluß t₂ und mit dem Tor und der Quellelektrode eines MIS-Transistors M₆ verbunden. Die Ziehelektrode des MIS-Transistors M^ ist ferner an den Verbin-

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dungspunkt X~ zwischen der Ziehelektrode des MIS-Transistors M₆ und der Quel'lelektrode eines MlS-Transistors M^ angeschlossen. Ein Ausgangsanschluß T₂ ist mit der Ziehelektrode des MlS-Transistors M. verbunden. Das Tor des MIS-Transistors M. ist ferner an den ersten Taktimpuls-Eingangsanschluß t^ angeschlossen. In diesem Falle sind die MIS-Transistoren M₁ bis Mg auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat ausgebildet, der an Masse angeschlossen ist (wenngleich nicht dargestellt).

Ein Taktimpuls CP₁ (vgl. Fig.2A) und ein weiterer Taktimpuls CPp (Fig.2B), der dieselbe Periode wie der Taktimpuls CP₁ besitzt, jedoch gegenüber diesem eine vorgegebene Phasenverschiebung aufweist, werden zwischen den Anschlüssen t₁ bzw. tp und dem Substrat (Masse) zugeführt. Die Kreise, die aus den MIS-Transistoren M ,Mg und M. bestehen, unterscheiden sich im zugeführten Taktimpuls von den Kreisen, die durch die MIS-Transistoren M₁,M₂ und M, gebildet werden, entsprechen diesen jedoch.

Es sei angenommen, daß dem EingangsanSchluß T₁ ein Eingangsimpuls S₁ (Fig.2C) zugeführt wird, der synchron mit dem Taktimpuls CP₁ ansteigt und abfällt. Bei der folgenden Beschreibung wird eine positive Logik verwendet; ein höheres Niveau von zwei Werten wird somit als Wert "1" und ein niedrigeres Niveau als Wert "0" bezeichnet.

Führt man den Eingangsimpuls S₁ dem Toranschluß T₁. des Transistors M₁ zu, so ist der Transistor M₁ während einer Periode des Wertes »1» des Eingangsimpulses S₁ eingeschaltet (leitend) und während einer Periode des Wertes "0" ausgeschaltet (nichtleitend)« Bei Zuführung des Taktimpulses CP₁ zum Tor des Transistors M₂ wird dieser Transistor M₂ während der Dauer des Impulses CP₁ eingeschaltet; da der Impuls CP₁ der Quellelektrode des Transistors M₂

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zugeführt wird, wird die Streukapazität zwischen dem Punkt X₁ auf der Ziehelektrodenseite des Transistors M₂ und dem Substrat, die Leitung für den Taktimpuls, aufgeladen, wodurch am Punkt X₁ während der Dauer des Impulses CP₁ ein Ausgangssignal des Wertes "1" erzeugt wird. Klingt der Impuls CP₁ ab, so geht der Transistor M₂ in seinen nichtleitenden Zustand über; ist der Transistor M₁ leitend, so wird die am Punkt X₁ gespeicherte Ladung, das heißt das Ausgangssignal des Wertes "1" über den Transistor M₁ entladen; so daß am Punkt X₁ ein Ausgangssignal des Wertes ¹¹O" entsteht. Ist der Transistor M₁ im ausgeschalteten Zustand, so bleibt das Ausgangssignal des wertes "1" am Punkt X₁ unverändert. Am Punkt X₁ wird somit auf Grund des Eingangsimpulses S₁ am Anschluß T₁ ein Ausgangssignal S₂ (Fig.2D) erzeugt.

Bei Zuführung des Taktimpulses CPo zum Tor des Transistors M- wird dieser Transistor während der Impulsdauer des Impulses CP₂ eingeschaltet, wobei während dieser Zeitdauer am Punkt X₁ der Wert "O" vorhanden ist. Wenn daher der Transistor M₁ eingeschaltet ist, wenn der Wert am Punkt X₂ auf der Seite der Ziehelektrode des Transistors M, gleich "1" ist, wird demgemäß die Ladung im Punkt X₂ über die Transistoren M₁ und M, entladen und bringt damit das Niveau am Punkt X₂ herunter auf "O" und hält es unverändert. Ist das Niveau am Punkt X₁ gleich "1" und demgemäß der Transistor M₁ im ausgeschalteten Zustand, so wird die Streukapazität am Punkt X₂ durch die Ladung im Punkt X₁ auf den Wert "1" aufgeladen; hat sich der Taktimpuls CP₂ auf den Wert "O" verringert, so daß der Transistor'M₂ ausgeschaltet ist, so ist der Zustand am Punkt X₂ gespeichert; es .wird daher am Punkt X₂ ein AusgangsImpuls S, (Fig.2E) bei dem Ausgangsimpuls S₂ am Punkt X₁ erzeugt. Es ergibt sich also ein Signal, das um eine halbe Periode gegenüber dem Eingangssignal S₁ verzögert ist. Vorstehend

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wurde das Grundprinzip des erfindungsgemäßen logischen Kreises erläutert.

Der am Punkt X₂ erzeugte Ausgangsimpuls S, wird dem Tor des Transistors Mc zugeführt und hält diesen Transistor in der Periode des Wertes "1" des Impulses S, eingeschaltet und in der Periode des Wertes "0" des Impulses ausgeschaltet. Der Taktimpuls CP₂ wird dem Tor des Transistors Mg zugeführt und schaltet ihn in der Impulsdauer des Impulses CP₂ ein; der Impuls CP₂ gelangt zur Quellelektrode des Transistors Mg und erzeugt ein Ausgangssignal des Wertes' "1" am Punkt X, auf der Seite der Ziehelektrode des Transistors Mg während der Impulsdauer des Impulses CP₂. Nach der Dauer des Impulses CP*> wird der Transistor Mg ausgeschaltet; ist der Transistor Mc leitend, so wird .die Ladung am Punkt X,, das Ausgangssignal des Wertes "1" über den Transistor M,- entladen, so daß am Punkt χ, ein Ausgangssignal des Wertes "0" entsteht. Ist der Transistor Μς-ausgeschaltet, so bleibt das Ausgangssignal des Wertes "1" am Punkt X, unverändert. Es ergibt sich somit am Punkt X, ein Ausgangsimpuls S, (Pig.2F) bei einem Ausgangsimpuls S, am Punkt X₂. ·

Unter solchen Verhältnissen wird der Impuls CP₁ dem Tor des Transistors M. zugeführt und macht ihn während der Dauer des Impulses CP₁ leitend. Ist am Punkt χ, ein Ausgangsimpuls "1" vorhanden, während der Transistor M. leitend ist, so ergibt sich ein Ausgangsimpuls "1" auf der Seite der Ziehelektrode des Transistors M. und demgemäß am Ausgangsanschluß T₂. Ist am Tunkt X, ein Ausgangsimpuls "0" vorhanden, so entsteht am Ausgangsanschluß T₂ ein Ausgangssignal des Wertes "0". Man erhält somit am Ausgangsanschluß T₂ einen Ausgangsimpuls S₅ (Fig.2G) bei einem Ausgangsimpuls S. am Punkt X,.

Bei Zuführung des Eingangs impulses S₁ (Fig.2c) zum Eingangsanschluß T₁ wird am Aus gang sar.schluß T₂ ein Aus-

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gangsimpuls S₅ (Pig.2G) erzeugt. Ein Vergleich der Impulse S₁ und S₅ zeigt, daß der Ausgangsimpuls S^ gegenüber dem Eingangsimpuls S₁ um eine Periode des Taktimpulses, das heißt um ein Zeitbit, verzögert ist.

Man erkennt somit, daß die in Fig.1 dargestellte Schaltung als ein Verzögerungsmult!vibrator wirkt.

Wie aus der Beschreibung hervorgeht, arbeiten die MlS-Transistoren M₁ bis Mg mit dem Taktimpuls als Stromquelle; die Transistoren werden zu keinem Zeitpunkt von außen mit Leistung versorgt; es fließt daher kein ständiger Gleichstrom durch die Transistoren M₁ bis Mg. Der Taktimpulsetrom ist ferner ein reiner Ladestrom für die kleine Streukapazität. Der gesamte Leistungsverbrauch der Schaltung ist somit extrem klein.

Da den .Transistoren M₁ bis M₆ zu keinem Zeitpunkt Leistung zugeführt werden braucht, entfallen eine gesonderte Stromquelle sowie Stromzuleitungen, was den gesamten Aufbau vor allem dann wesentlich vereinfacht, wenn die Transistoren M₁ bis Mg, wie zuvor beschrieben, auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat ausgebildet werden. In diesem Falle wird ferner der Halbleitersubstrat an Masse gelegt, so daß gesonderte Leitungen zur Erdung des Halbleitersubstrates für die jeweiligen Transistoren entfallen; dies vereinfacht weiterhin die gesamte Konstruktion.

Da die Transistoren M₂ und Mg im nichtleitenden Zustand sind, wenn am Punkte X₂ und am Anschluß T₂ die Signale "0^M herrschen, brauchen die Transistoren M₂ und Mg keine so niedrige Steilheit zu besitzen, wie dann, wenn sie als übliche Belastungen dienen, damit das Ausgangssignal ¹¹O" einen ausreichend hohen Stufenwert gegenüber dem Ausgangswert "1" besitzt, so daß das Ausgangsniveau am Punkt X₂ und am Anschluß T₂ auf "0" zurückgehen. Die

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Transistoren M₂ und Mg brauchen demgemäß keine größeren Abmessungen als die Transistoren M₁ und M, wie im Falle eines logischen Kreises des Verhältnistyps (»ratio type") zu besitzen. Die Erfindung ermöglicht somit die Herstellung integrierter logischer Kreise auf einem Halbleitersubstrat kleiner Abmessungen. Wenn beispielsweise die Transistoren Mp und Mg im Einschaltzustand sind und ein Strom den Punkten X- und X, zu der Zeit zugeführt werden kann, in der die Ausgangswerte am Punkt Xp und am Anschluß Tp gleich "0" sind, so kann das Ausgangssignal "0" nur dann hinreichend unterschieden vom Ausgangsniveau "1" sein, wenn die Steilheit der Transistoren M₂ und Mg ausreichend verringert oder di£ der Transistoren M- und M, voll vergrössert ist, so daß das Ausgangsniveau an den Punkten Xp und am Anschluß T₂ auf "0" kommt. Da die Transistoren M₂ und· Mg keine niedrige Steilheit besitzen müssen, kann man die Anstiegszeit der Impulse S₂ und S. voll verkürzen, wenn die Transistoren M₂ und Mg im Einschaltzustand sind; dadurch steigert man die Taktimpulsfrequenz und ermöglicht eine Betriebsweise des integrierten logischen Kreises mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit. Selbst wenn die Impulsbreite des Taktimpulses vergrößert wird, fließt nur ein Strom, der ausreicht, um eine kleine Streukapazität des Kreises aufzuladen und zu speichern; man braucht daher nicht einen Taktimpuls von kleiner Impulsbreite im Hinblick auf eine Vergrößerung des Leistungsverbrauches durch Verbreiterung der Impulsbreite.

Bei dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel entspricht die Periode des Taktimpulses CP₂ der des Taktimpulses CP₁. Selbst wenn jedoch ein Taktimpuls CP₂* (Fig.2B^f) verwendet wird, der mit dem Impuls CP₂ (Fig.2B) synchron ist, jedoch in Intervallen eines Vielfachen der Periode des Impulses CP₂ erzeugt wird, ergeben sich die Ausgangsimpulse S_2>S₅ und S. an den Punkten X₁, X₂ und X, wie in den Fig,2D,2E' und 2F¹ gegenüber dem Eingangsimpuls S₁ (Fig.2C); am Aus-

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gangsanschluß T₂ entsteht somit ein Ausgangs impuls S,-(Fig.2G').

An Hand von Fig.3 sei die Erfindung in ihrer Anwendung auf einem anderen Verzögerungs-Multivibratorkreis erläutert; gleiche Elemente sind hierbei mit denselben Bezugszeichen wie in Fig.1 bezeichnet. Die Ziehelektrode eines MIS-Transistors M₇ ist mit dem Tor eines Mis-Transistors M₁ verbunden, dessen Tor an die Quellelektrode des Transistors M₁ angeschlossen ist. Ein Eingangsanschluß T₁ ist mit der Quellelektrode des Transistors M verbunden. In diesem Falle bildet der MIS-Transistor M₁ einen kombinatorischen Kreis A ohne Speisespannungsanschluß und ohne Eingangsanschluß für einen Taktimpuls. Die Ziehelektroden der MIS-Transistoren M₁ und M₂ sind miteinander verbunden und an die Quellelektrode eines MIS-Transistors M, angeschlossen. Die Quellelektrode des Transistors M₁ sowie die Quellelektrode und das Tor des Transistors M₂ sind miteinander verbunden und mit einem ersten Taktimpuls-Eingangsanschluß t₁ verbunden. Das Tor des Transistors M^, die Quellelektrode eines MIS-Transistors Mp- sowie die Quellelektrode und das Tor eines MIS-Transistors Mg sind miteinander verbunden und an einen zweiten Taktimpuls-Eingangsanschluß t₂ angeschlossen. Die Ziehelektrode des Transistors M, ist ferner mit dem Tor des Transistors M_c verbunden; die Ziehelektroden der Transistoren M₁- und M,-

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sind miteinander verbunden und an einen Signalausgangsanschluß T₂ angeschlossen. In diesem Falle sind die MIS-Transistoren M₁,M₂,M,,Hr,Mg und M₇ auf einem gemeinsamen, an Masse angeschlossenen Halbleitersubstrat ausgebildet.

Der Anschluß t,. wird mit einem Taktimpuls CP₁ (Fig.4A) und der Anschluß t₂ mit einem Taktimpuls CP₂ (Fig.2B) gespeist. Die folgende Beschreibung beruht auf der Annahme, daß der Signaleingangsanschluß T₁ mit einem Eingangsimpuls S₁ ¹ (Fig.4C) versorgt wird, der mit dem Taktimpuls c?₂ in der an Hand von Fig.1 erläuterten weise synchronisiert ist. 009819/1692

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In einem solchen Falle wird der Taktimpuls CP₁ dem Tor des Transistors M₇ zugeführt und macht diesen Transistor während der Dauer des Impulses CP₁ leitend. Ist das Niveau des dem Eingangsanschluß T₁ zugeführten Signales S₁ ¹ gleich "0", so wird das Ausgangsniveau am Punkt X' auf der Ziehseite des Transistors M₇ gleich "0"; ist das Niveau des Signales S₁ ¹ gleich "1", so wird das Niveau des Ausgangssignales am Punkt X₁ ¹ gleich "1". Das Niveau des Taktimpulses CP₁ wird dann "0", wodurch der Transistor M₇ gesperrt wird und eine speicherung des Zustandes des Punktes X₁ ¹ erfolgt. Am Punkt X₁ ¹ ergibt sich somit bei einem Signal S₁ ¹ ein Ausgangsimpuls S₂' (Fig.4D).

Das Impulssignal S₂ ¹ wird dem Tor des Transistors M-zugeführt, so daß der Transistor M₁ leitend wird, während der Impuls S₂ ¹ den Wert "1" besitzt. Der Transistor wird dagegen im nichtleitenden Zustand gehalten, wenn sich der Impuls S₂ ¹ auf dem Niveau "0" befindet. Der dem Tor und der Quellelektrode des Transistors M₂ zugeführte Taktimpuls CP₁ macht diesen Transistor leitend; die durch den Strom des Taktimpulses CP₁ mitgeführte Ladung erzeugt am Punkt X₂ ¹ auf der Ziehseite des Transistors M₂ ein Ausgangssignal "1^M während der Dauer des Impulses CP₁. Beim Wegfall des Impulses CP₁ wird der Transistor gesperrt. Bleibt der Transistor M₁ eingeschaltet, so wird die Ladung im Punkt X₂', in welchem das Ausgangssignal sich auf dem Niveau "1" befand, über den Transistor M₁ entladen, so daß am Punkt X₂ ¹ ein Ausgangssignal "0" entsteht. Ist der Tran sistor M₁ nichtleitend, so bleibt das Ausgangssignal des Wertes "1" im Punkt X₂ ¹ unverändert. Es entsteht somit am Punkt X₂ ¹ ein Ausgangssignal S-*' (Fig.4E) bei dem Signal

Der Taktimpulß CPg wird ferner dem Tor des Transistors M, zugeführt und hält ihn während der Dauer des Impulses

CP im eingeschalteten Zustand; in dieser Zeit ist das Aus

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gangssignal am Punkt X₂ ¹ auf dem Wert "0". Wenn daher der Transistor M₁ im leitenden Zustand ist, wenn sich das Ausgangssignal am Punkt X,¹ auf der Ziehseite des Transistors M, auf dem Wert "1" befindet, wird die Ladung des Punktes X,' über die Transistoren M₁ und M₂ entladen, so daß das Signal am Punkt X,¹ auf den Wert "0" absinkt; ist das Signal im Punkt X,¹ auf dem Niveau »0», so bleibt es unverändert. Ist das Signal am Punkt X₂ ¹ auf dem Wert "1" und der Transistor M₁ demgemäß im gesperrten Zustand, so wird das signal im Punkt X,¹ durch die Ladung im Punkt X₂ ¹ auf den Wert "1" gebracht; der Wert des Taktimpulses CP₂ wird auf "0" abgesenkt, so daß der Transistor M, gesperrt und der Zustand im Punkt X,¹ gespeichert wird. Ein Ausgangsimpuls S^¹ (Fig.4F) wird infolgedessen am Punkte X,¹ bei einem Ausgangsimpuls S,¹ erzeugt.

Der resultierende Ausgangsimpuls S.¹ wird dem Tor des Transistors M,- zugeführt, so daß dieser Transistor leitend ist, wenn der Impuls S.¹ das Niveau "1" besitzt, während der Transistor Mc gesperrt ist, wenn sich der Impuls S.' auf dem Niveau "0" befindet. Währenddessen wird der Taktimpuls CP₂ dem Tor des Transistors Mg zugeführt, macht diesen Transistor leitend und hält ihn während der Dauer des Impulses CP₂ im eingeschalteten Zustand. Gleichzeitig wirdder Impuls CP₀ der Quellelektrode des Transistors M^ zugeführt, so daß ein Ausgangssignal des Wertes "1" während der Dauer des Impulses CP₂ an einem Funkt auf der Ziehelektrodenseite des Transistors Mg erzeugt wird, das heißt am Ausgangsanschluß T₂, durch den Strom des Taktimpulses CP₂, der durch den Transistor Mg fließt. Nach der Dauer des Impulses CP₂ wird der Transistor Mg gesperrt; ist der Transistor Mc im eingeschalteten Zustand, so wird die Ladung am Anschluß T₂, die ein Ausgangssignal· des Wertes "1" ist, über den Transistor M₅ entladen, so daß sich am Anschluß T₂ ein Ausgangssignal des Wertes "0" ergibt. Ist der Transistor M₅ im gesperrten Zustand, so bleibt

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das Ausgangssignal des wertes "O" am Anschluß T₂ unverändert. Es wird infolgedessen ein Ausgangsimpuls S^' (Pig.4G) am Anschluß T₂ bei einem Ausgangsimpuls S^' am Punkt X,' erzeugt.

Wenn also der Eingangsimpuls S₁' (Pig.4C) dem Eingangsanschluß T₁ zugeführt wird, ergibt sich ein Ausgangsimpuls Sc' (Fig.4G) am Ausgangsanschluß T₂. Der Ausgangsimpuls Sc¹ wird somit gegenüber dem Eingangsimpuls S₁ ¹ um ein Zeitbit verzögert (wie an Hand der Pig.1 und 2 erläutert). Die Schaltung der Fig.3 wirkt somit als Verzögerungs-Multivibratorkreis.

Es versteht sich, daß die gleichen Punktionen und Vorteile mit der Schaltung der Fig.3 wie mit der Anordnung gemäß pig.1 erzielt werden.

Die obige Beschreibung beruhte auf der Annahme, daß die Periode des Taktimpulses CP₁ der des Taktimpulses CP_? entspricht. Wenn jedoch ein Taktimpuls CP^ (Pig.4A^!) verwendet wird, der mit dem Impuls GP₁ (Pig.4A) synchronisiert ist, jedoch in Intervallen eines Mehrfachen der Periode des Impulses CP₁ erzeugt wird, so ergeben sich an den Punkten X₁',X₂' und X-' die Ausgangs impulse S₂',S,¹ und S.' (vgl. Pig.4D',4E',4F') bei einem Eingangsimpuls S₁' (Fig.4C) so daß am Ausgangsanschluß T₂ ein Ausgangsimpuls S₁-¹ (Pig.4G>) erzeugt wird.

An Hand von Fig.5 sei die Anwendung der Erfindung auf einen in der Einstellung vorgespannten Multivibratorkreis erläutert, bei dem die MIS-Transistoren P-Typ-Verstärkungs-Feldeffekttransistoren mit isoliertem Tor sind und gleiche Elemente wie in Pig.1 mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Ein Rückstellsignal-Eingangsanschluß R ist mit dem Tor eines MIS-Tranaistors M₁ verbunden, der'

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einen Kombinationskreis A bildet, der weder einen Stromquellenanschluß, noch einen Taktimpuls-Eingangsanschluß aufweist; die Quellelektrode des Transistors M₁ ist mit dem Tor und der Quellelektrode eines MlS-Transistors KLp verbunden. Das Tor und die Quellelektrode des Transistors Mp.sind miteinander verbunden; der Verbindungspunkt ist an einen ersten Taktimpuls-Eingangsanschluß t. angeschlossen. Die Ziehelektrode des Transistors M₁ ist an den Verbindungspunkt Y₁ der Ziehelektrode des Transistors Mp mit der Quellelektrode eines MlS-Transistors M₅ angeschlossen. . Das Tor des Transistors M^ ist mit einem zweiten Taktim-™ puls-Eingangsanschluß t₂ verbunden. Die Ziehelektrode des Transistors M, ist an das Tor eines MlS-Transistors M_Q angeschlossen, dessen Quellelektrode mit der Ziehelektrode eines MIS-Transistors Mq verbunden ist. Dessen Quellelektrode ist ihrerseits an den zweiten Taktimpuls-Eingangsanschluß ±2 angeschlossen. Die Ziehelektrode des Transistors Mg ist ferner an den Verbindungspunkt Y~ der Quellelektrode eines MIS-Transistors M₁₀ mit der Ziehelektrode eines MIS-Transistors M₁₁ angeschlossen; das Tor und die Quellelektrode dieses Transistors sind mit dem zweiten Taktimpuls-Eingangsanschluß tp verbunden. Der Verbindungspunkt der Ziehelektrode des Transistors M_Q mit der des Transistors M₁₁ ist an die Ziehelektrode eines MIS-Transistors M₁₂ angeschlossen, deren Quellelektrode ihrerseits mit dem zweiten Taktimpuls-Eingangsanschluß tp verbunden ist, während das Tor dieses Transistors an einen Einstellsignal-Eingangsanschluß S angeschlossen ist. Das Tor des Transistors M₁Q ist mit dem erster. Taktimpuls-Eingangsanschluß t₁ verbunden, die Ziehelektrode des Transistors M_1n ist mit dem Tor eines Mis-Transistors M₁ ~ verbunden, dessen Ziehelektrode an den Verbindungspunkt Y₅ der Ziehelektrode 'eines MIS-Transistors M₁₄ mit der Quellelektrode eines MIS-Transistors M₁₁- angeschlossen ist. Die Quellelektrode des Transistors M₁, und das Tor sowie die Quell-

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elektrode des Transistors M₁₄ sind mit dem ersten Taktimpuls-Eingang sanschluß t₁ verbunden. Das Tor des Transistors M,_c ist an den zweiten Taktimpuls-Eingangsanschluß Ip

t« angeschlossen; seine Ziehelektrode ist mit einem Ausgangsanschluß T₂ und mit dem Tor des Transistors Mg verbunden. Auch in diesem Falle sind die Mis-Transistoren M₁ bis M, und M₈ bis M-c auf einem gemeinsamen, an Masse gelegten Halbleitersubstrat ausgebildet. Ein Kreis A", bestehend aus den miteinander verbundenen MlS-Transistoren Mq,Mq und M₁₂, sowie ein Kreis A"¹ bestehend aus dem MIS-Transistor M..·», sind ebenso wie der erwähnte Kreis A Kombinationskreise, die weder einen Stromquellenanschluß, noch Taktimpuls-Eingangsanschlüsse aufweisen. Die Transistoren M₁₁ und M₁J entsprechen dem Transistor M₂ und die Transistoren M₁₀ und M.c dem Transistor M,. «Ο ip 3

Ein Taktimpuls CP₁ (vgl. Pig.6A) wird dem ersten Taktimpuls-Eingangsanschluß t₁ und ein Taktimpuls CP₂ (Fig.6B) dem zweiten Taktimpuls-Eingangsanschluß t₂ zugeführt. Beim Ausfilhrungebeispiel der Fig.1 wurde die Verwendung von P-Typ-Verstärkungs-Feldeffekttransistoren mit isoliertem Tor (wie MlS-Transistoren) angenommen. Wird die Polarität der Spannung des" Taktimpulses umgekehrt, so können auch N-Typ-Feldeffekttransistoren mit isoliertem Tor benutzt werdeji. Bei der folgenden Beschreibung wird eine negative Logik verwendet} ein höheres Niveau von zwei werten wird somit als Wert "0" und ein niedrigeres Niveau als Wert "1" bezeichnet.

Im Folgenden wird die Wirkungsweise des vorstehend in seinem Aufbau beschriebenen, in seiner Einstellung vorgespannten Multivibratorkreises erläutert. Es sei angenommen, daß dem Rückstellsignal-Eingangsanschluß R ein Rückstell-Eingangsimpula R_Q (Fig.6C) zugeführt wird, der synchron mit einem Taktimpuls CP₁ ist; es sei ferner angenommen, daß der Einstellsignal-Eingangsanschluß S mit einem

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Einstell-Eingangsimpuls S_n (Pig.6D) versorgt wird, der synchron mit einem Taktimpuls CPp liegt.

Der Rückstellimpuls R_n gelangt zum Tor des Transistors M₁, wodurch der Transistor M₁ im Einschaltzustand gehalten wird, während sich der Rückstellimpuls R_Q auf dem Wert "1" befindet; der Transistor wird dagegen im gesperrten Zustand gehalten, wenn der Impuls R_n den Wert ¹¹O" besitzt.

Währenddessen wird der Taktimpuls CP₁ dem Tor des Transistors Mp zugeführt, wodurch dieser Transistor während der Dauer des Impulses CP₁ im leitenden Zustand gehalten wird. ψ Gleichzeitig gelangt der Impuls CP₁ an die Quellelektrode des Transistors Mp, so daß während der Dauer des Impulses CP₁ ein Ausgangssignal des Wertes "1" am Punkt Y₁ auf der Ziehelektrodenseite des Transistors Mp durch den Strom des Taktimpulses CP₁ erzeugt wird, der durch den Transistor Mp fließt. Fällt der Impuls CP₁ weg, so wird der Transistor Mp gesperrt; wenn in diesem Falle der Transistor M₁ leitend ist, so wird die Ladung im Punkt Y₁, wo das Ausgangssignal den Wert "1" besaß, über den Transistor M₁ entladen, so daß das Ausgangssignal am Punkt Y. auf den Wert "0" zurückgeht. Ist der Transistor M₁ im ausgeschalteten Zustand, so bleibt das Ausgangssignal im Punkt Y₁ auf dem Wert "1". Es entsteht somit ein Impuls R_n., (Fig.6E) am Punkt Y. bei dem RUckstellimpuls R_n am Anschluß R.

Währenddessen wird der zweite Taktimpuls CP₂ ^dera T°^r des Transistors Mp zugeführt, wodurch der Transistor M₂ während der Dauer des Impulses CP₁ leitend gehalten wird, während der das Ausgangsniveau im Punkt Y₂ auf dem Wert "0" bleibt. Ist daher der Transistor M. im leitenden Zustand, so wird die Ladung des Niveaus "1" am Punkt Y₂ auf der Ziehelektrodenseite des Transistors M, über die Transistoren M^ und Mp entladen, so daß sich das Ausgangsniveau am Punkt Y₂ auf "0" verringert. Ist das Ausgangsniveau im Punkt Y₂ gleich "0", so bleibt es unverändert.

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Ist das Ausgangsniveau im Punkt Y₁ gleich "1" und demgemäß der Transistor M₁ ^-Im gesperrten Zustand, so wird das Ausgangsniveau im Punkte Y₂ durch die Ladung im Punkt Y₁ auf den Wert "1" gebracht; fällt der Taktimpuls CP₁ weg, so daß der Transistor M, in den Sperrzustand übergeht, so wird der Zustand im Punkt Y₂ gespeichert. Es entsteht somit ein Impuls R₀₂ (Fig.6F) am Punkt Y₂ bei einem Impuls R_Q1 am Punkt Y₁.

Der Einstellimpuls S_Q wird ferner dem Tor des Transistors M₁₂ zugeführt, so daß dieser Transistor leitend gehalten wird, während der Einstellimpuls S_Q den Wert "1" besitzt; der Transistor M₁₂ wird dagegen gesperrt gehalten, wenn sich der Einstellimpuls S_Q auf dem Wert "0" befindet. Währenddessen wird der Taktimpuls CP₂ dem Tor des Transistors M₁₁ zugeführt, wodurch dieser Transistor im leitenden Zustand gehalten wird, während der Taktimpuls CP₂ vorhanden ist; gleichzeitig gelangt der Taktimpuls CP₂ zur Quellelektrode des Transistors M₁₁, so daß ein Ausgangs signal des V/ertes "1" in der Impulsdauer des Impulses CP₂ am Punkte Y, auf der Ziehelektrodenseite'des Transistors M₁₁ durch den hindurchfließenden Strom des Impulses CP₂ erzeugt wird. Fällt der Taktimpuls CP₂ weg, so wird der Transistor M₁₁ gesperrt; ist der Transistor M₁₂ leitend, so wird die ladung im Punkte Y~ über den Transistor M₁₂ entladen, so daß sich am Punkt Y, ein Ausgangssignal des Niveaus "0" einstellt. Das Ausgangssignal am Punkt Y, wird durch das am Punkt Y₂ beeinflußt. Wenn nämlich am Punkt Y₂ das Ausgangesignal des Wertes "1" erzeugt wird, so daß der Transistor M_Q leitend wird, und wenn am Ausgangsanschluß T₂ ein Ausgangssignal des Wertes »1» abgenommen wird, so daß der Transistor Mq leitend wird, so wird die Ladung am Punkt Y, über die Transistoren M_Q und Mg entladen, so daß sich am Punkt Y, ein Ausgangssignal des v/ertes "0" einstellt. Wenn einer der beiden Transisto-

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ren M₈ oder Mq oder beide im gesperrten Zustand sind und der Transistor M₁₂ gleichfalls gesperrt ist, so bleibt das Ausgangssignal des Wertes "1" im Punkt Y, unverändert. Infolgedessen ergibt sich ein Impuls Sq₁ (Fig.6Gr) am Punkt Y, bei einem Einstellimpuls Sq am Anschluß S, dem Impuls Rq₂ am Punkt Y₂ und dem Signal am Ausgangsanschluß Tp.

Der erste Taktimpuls CP₁ wird dem Tor des Transistors M₁₀ zugeführt, so daß dieser Transistor M₁₀ leitend ist, während der Taktimpuls CP₁ vorhanden ist. Ist in einem solchen Falle das Ausgangsniveau des Punktes Y, auf "0", das heißt ist der Transistor M₁₂ leitend oder sind beide Transistoren Mg und M_Q leitend und ist das Ausgangsniveau im Punkt Y- auf der Ziehelek.trodenseite des Transistors M₁₀ gleich "1", so wird die Ladung im Punkt Y. über die Transistoren M₁₂ und M₁₀ oder M^,Mg und M₁₀ entladen, so daß das Ausgangsniveau im Punkt Y. auf "0" zurückgeht. Ist das Ausgangsniveau im Punkt Y. gleich "0", so bleibt es unverändert. Ist das Ausgangsniveau im Punkt Y~ gleich ¹M", so wird das Ausgangsniveau im Punkt Y- durch die Ladung im Punkt Y, auf "1" angehoben; wenn das Niveau des Taktimpulses CP₁ "0" wird, so daß der Transistor M₁₀ gesperrt wird, wird der Zustand im Punkt Y. gespeichert. Es entsteht somit ein Impuls S_Q2 (Fig.6H) am Punkt Y. bei einem Impuls S₀₁ am Punkt Y,.

Der so im Punkt Y. erzeugte Impuls S₀₂ wird dem Tor des Transistors M₁, zugeführt; dadurch wird der Transistor M₁, im leitenden Zustand gehalten, während der Impuls S_Q2 auf dem Wert "1" bleibt; der Transistor M₁₅ wird nichtleitend, wenn der Impuls Sq₂ den Wert "0" besitzt. Währenddessen wird der Taktimpuls CP₁ dem Tor des Transistors M₁ χ zugeführt und macht diesen Transistor während der Dauer des Impulses CP₁ leitend; gleichzeitig wird der Impuls CP₁ der Quellelektrode des Transistors M₁- zugeführt,

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durch den der Strom des Impulses CP₁ fließt, so daß im Punkt ▼,- auf der Ziehelektrodenseite des Transistors M₁, ein Ausgangssignal des Wertes "i" während der Impulsdauer des Impulses CP- entsteht. Fällt der Impuls CP₁ weg, so wird der Transistor M₁₄ gesperrt; ist in diesem Falle der Transistor M₁, leitend, so entlädt sich die Ladung des Punktes Y,- über den Transistor M₁-, so daß am Punkt Y^ ein Ausgangesignal des Wertes "0" entsteht; ist der¹ Transistor M₁, dagegen gesperrt, so bleibt das Ausgangesignal des Wertes "1" im Punkt Y_c unverändert. Es wird somit am Punkt Y₅ ein Impuls S_Q, (Fig.61) bei einem Impuls $_Q2 am Punkt Ύ. erzeugt.

Unter solchen Umständen wird der Impuls CPp dem Tor des Transistors M₁₅ zugeführt, wodurch dieser Transistor während der Dauer des Impulses CPp leitend gehalten wird. Wenn während der Leitfähigkeit des Transistors M₁ ^ das Niveau des Ausgangs impulses im Punkt Y₁- gleich "1" ist, ergibt sich auf der Ziehelektrodenseite des Transistors M₁C ein Ausgangssignal des Wertes "1" und demgemäß auch am Ausgangsanschluß T₂* Ist der Wert des Ausgangssignales am Punkt Yc gleich ⁴¹O", so ergibt sich am Ausgangsanschluß Tp ein Ausgangssignal des Wertes "0". Man erhält somit einen Ausgangs impuls S_Q4 (Fig.6J) am Ausgangsanschluß Tp hei einem Ausgangsimpuls Sq, am Punkt Yc.

Wird da-s Einstellsignal Sq dem Einstells'ignal-Eingangsanschluß S früher als das Rucksteilsignal R_Q zugeführt, so beginnt der Kultivibratorkreis natürlich mit dem Einstellsignal S₀ zn arbeiten; selbst wenn jedoch das Rückstellsignal Rq dem Rückstellsignal-Eingangsanschluß R um 1/2 Zeitbit früher als das Einstellsignal Sq zugeführt wird (vgl. Fig,6C und 6D), ergibt sich das Signal S₀₄ (Fig.6J) am Ausgangsanschluß T₂. Man erkennt somit, daß man mit dom in der Einstellung vorgespannten Multivibratorkreis der Fig.5 dieselbe Betriebsweise und die gleichen Vorteile wie bei

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Pig.1 erzielt.

Die kombinatorischen Kreise A,A¹,A" und A"¹, die aus MlS-Transistoren ohne jede Speisespannungsquelle und ohne Eingangsanschluß für Taktimpulszufuhr bestehen, können durch einen ODER-Kreis ersetzt werden, der aus einer Anzahl von MlS-Transistoren besteht, die wie in Fig.7A veranschaulicht parallel geschaltet sind, ferner durch einen UND-Kreis·, der aus einer Anzahl von MIS-Transistoren besteht, die gemäß Fig.7B in Reihe geschaltet sind, ode.r durch einen Brückenkreis, der aus MlS-Transistoren gemäß Fig.7C besteht. Man kann ferner auch die Schaltungen der Fig.7A,7B und 7c in Kombination benutzen. In Fig.7 bezeichnen die Bezugszeichen I₁ bis I^ die Signaleingangsanschlüsse und die Bezugszeichen t_Q und t~ ' die Signalausgangsanschlüsse.

Vorzugsweise sind Kapazitäten C,C,C" und C"! zwischen die Tore und die Quellelektroden der MlS-Transistoren M-, M.,M..Q,M..c und M₇ geschaltet (vgl. die gestrichelten Elemente in den Fig. 1,3 und !>). Bei Verwendung dieser Kapazitäten werden die Ouellelektrodenseiten der MlS-Transistoren M,,M₄,M₁₀»^M-|5 ^und ^7 kapazitiv durch den Taktimpuls erregt; wenn die Kombinationskreise A,a',A" und A"¹ im gesperrten Zustand sind oder wenn der Signalwert am Eingangsanschluß T₁ der Fig.3 gleich "1" ist, wird das Niveau "1" der Ausgänge an den Quellelektrodenseiten der MIS-Transistoren M,,M.,M₁₀,M₁₅ und M₇ noch weiter als bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen vergrößert; die Ausgangssignale werden an den Ausgangsseiten als Ladespannungen an den Punkten auf den Ziehelektrodenseiten der Transistoren M.,,M, ,M₁Q,M₁₅ und M₇ abgenommen.

Bei jeder Schaltung der Fig.1,3 und 5 können die Quell- und Ziehelektroden jedes MIS-Transistors ausge-

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wechselt werden; auch dies führt zu genau den gleichen Betriebsverhältnissen wie oben angenommen.

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Claims

Patentansprüche

Integrierter logischer Kreis, dadurch gekennzeichnet , daß ein Kombinationskreis mit einem Eingangsanschluß und zwei Ausgangsanschlüssen, "bestehend aus wenigstens einem Feldeffekttransistor, vorgesehen ist, ferner zwei Feldeffekttransistoren mit einer Torelektrode, einer Quellelektrode und einer Ziehelektrode, wobei der Quellelektroden-Ziehelektroden-Kreis des ersten Feldeffekttransistors und die Ausgangsanschlüsse des Kombinationskreises parallel geschaltet sind, wobei ferner die Torelektrode des ersten Feldeffekttransistors mit einem der Ausgangsanschlüsse des Kombinationskreises verbunden ist und einer der Quellelektroden-Ziehelektroden-Kreise des zweiten Feldeffekttransistors an den anderen Ausgangsanschluß des Kombinationskreises angeschlossen ist, wobei der andere Quellelektroden-Ziehelektroden-Kreis des zweiten Feldeffekttransistors mit einem Ausgangsanschluß verbunden ist, daß ferner eine Einrichtung zur Zuführung eines ersten Taktimpulses zum Tor des ersten Feldeffekttransistors vorhanden ist sowie eine Einrichtung zur Zuführung eines zweiten Taktimpulses zum Tor des zweiten Feldeffekttransistors.
2.) Integrierter logischer Kreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß der erste und der zweite Taktimpuls dem ersten und dem zweiten Feldeffekttransistor so zugeführt werden, daß sie nicht gleichzeitig leitend gemacht werden.

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3.) Integrierter logischer Kreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ daß ein Kondensator zwischen einen der Ausgangsanschlüsse des Kombinationskreises und die Tor-

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elektrode des zweiten Feldeffekttransistors geschaltet ist.
4.) Integrierter logischer Kreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombinationskreis und der erste sowie zweite Transistor auf demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sind und der Substrat an Masse angeschlossen ist.
5.) Integrierter logischer Kreis nach Ansprucii 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombinationskreis aus einem UND-Torkreis, einem ODER-Torkreis oder einem aus Feldeffekttransistoren aufgebauten Brückenkreis oder einer Kombination dieser Elemente besteht.

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