DE1958648A1 - Transistorisierte Meister-Sklave-Flip-Flop-Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

PHN. 5696 C.

Va/RV. Dr. Herbert Schott

Patentanwalt

Anmelder: N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken
Akte No. puff- 3696

Anmeldung vom« 21· ITOV· 1969

Transistorisierte Meister-Silave-Flip-Flop-Schaltungsanordnung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine transistorisierte Meisjei-Sklave-Flip-Flop-Schaltungsanordnung (master slave flip-flop) mit einer ersten von Taktsignalen und vom Ausgang de·? Sklave-Flip-Flops gesteuerten und mit dem Meister-Flip-Flop verbundenen Torschaltung und einer zweiten von Taktsignalen und vom Ausgang des Meister-Flip-Flops gesteuerten mit dem Sklave-Flip-Flop verbundenen Torschaltung. Derartige Flip-Flop-Schaltungsanordnungen werden z.B. für allerhand Rechenzwecke, z.B. in JK- bzw, in DV-Flip-Flops bzw. in Frequenzteilern, angewandt. Meistens werden sie, im Zusammenhang mit der grossen Anzahl benötigter Elemente, als integrierte Schaltungen (integrated circuits) .'>.ur;<r.p DiI(Jp⁴-, für ^f'.\( Techniken entwickelt worden sind, mit deren Hilfe äus?:erst Komplizierte Schaltungen dennoch auf zuver-

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lässige Weise hergestellt werden können.

Eines der Probleme, die sich bei der praktischen Ausführung derartiger Flip-Flop ergeben, ist die Anzahl sich kreuzender Verbindungen zwischen den unterschiedlichen aktiven und passiven Elementen; derartige sich kreuzende Verbindungen können in der Technik der integrierten Schaltungen zusätzliche Bearbeitungsschritte veranlassen! wodurch die Kosten erheblich erhöht werden und die Möglichkeit von Ausschuss vergrössert wird. Sin anderes Problem ist die Verlustleistung, die auftritt, wenn eine groese Anzahl aktiver Elemente {Transistoren) auf einem Halbleiterkörper geringer Abmessungen angebracht wird. TJm derartigen Problemen entgegenzukommen, ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem Flip-Flop verbundene Torschaltung aus zwei Teiltoren aufgebaut ist, die je die Reihenschaltung der Hauptstrohmbahnen eines vom Taktsignal und eines vom Ausgangssignal des anderen Flip-Flops gesteuerten Transistors enthalten, während die mit diesem anderen Flip-Flop verbundene Torschaltung auf: zwei Teiltoren aufgebaut ist, die je die Parallelschaltung der Hauptstrohmbahnen· eines vom Taktsignal und eines vom Ausgangssignal des einen Flip-Flops gesteuerten Transistors enthalten, Suren die oben beschriebene Anordnungsweise weraeri das Meister- bzw. das Skiave-Flip-Flop mit "umgekehrter" Logik oetrieben, wie nachstehend erläutert wird. Die Flip-Flop-3chaltungsanordnung nach der Erfindung kann besonders vorteilhaft mit Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode bestückt werder., Ein weiteres Problem, das sich bei der Verwendung von MOS-Transistoren oder anderen Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode ergibt, resteht darin, dass zum Umpchaltze-.tpunkt eines Flip-Flops seine über die Torschaltung dem anderen

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Flip-Flop zugeführte Spannung sich gleichfalls ändert, wodurch ein unstabiler Zustand oder eine fehlerhafte Umschaltung erhalten werden kann· In der Praxis wird dies dadurch vermieden» dass mit Hilfe angebrachter oder Streukapazitäten den Flip-Flops verschiedene Trägheiten ■ erteilt werden, so dass ein unzeitigee Weiterleiten des Zustandsübergangs eines Flip-Flops über die Torschaltung auf das andere Flip-Flop verhindert wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es nicht bei allen Frequenzen der Taktsignale angewandt werden kann. Wie aus Nachstehende« hervorgeht, wird mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung die Möglichkeit erhalten» durch passende Wahl der Länge-Brei te-VerhSltnisee der Kanäle der in die Torschaltungen aufgenommenen Feldeffekttranaistoren in bezug auf ihre Belastungswiderstände auch dieses Problee entgegenzukommen·

Einig· Au·führung·formtη der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigern

Fig· 1 ein Schaltbild eines Flip-Flops nach der Erfindung;

Fig. 2 Spannungs-Zeit-Biagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Flip-Flops nach Fig. 1; -

Fig. 3 eine Topologie einer integrierten Schaltung zur Erzielung des Flip-Flops nach Fig. 1;

Fig· 4 eine Abwandlung der Fig. 1«

Fig. 1 zeigt eine mit Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode bestückte Flip-Flop-Schaltungsanordnung, die ein Meister-Flip-Flop 4t5 und ein Sklave-Flip-Flop 12,14 enthält. Die Flip-Flops sind vo« Üblichen Typ, bei dem die Abzugelektrode (drain) eines Transistors ait der Torelektrode (gate) des anderen Transistors verbunden ist₍ und umgekehrt. Als Belastungswiderstände für die Transis-

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toren dieser Flip-Flops dienen die als Widerstände geschalteten Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode 3»7t¹3 und 16, deren Torelektroden mit den Abzugelektroden verbunden sind. Erforderlichenfalls kb'nnen die Torelektroden auch an eine andere feste Spannung- ζ .Β, eine negativere Spannung - als die Abzugelektroden gelegt werden, die mit der Speiseklenune 60 verbunden sind. Auch können zur Raumersparung auf den Halbleiterkristall mehrere solcher als Widerstände geschalteter Feldeffekttransistoren in Reihe angeordnet werden, insbesondere in denjenigen Fällen, in denen ein hoher Wert des Quotienten des Länge-Breite-Verhältnisses des Kanals eines derartigen Widerstandstransistors und dieses Verhältnisses des zugehörige» Schalttransistors erwünscht x8t. Auch könnten als Widerstände geschaltete Diffusionszonen eines Halbleiter-Einkristalls angewandt werden.

Das Meister-Flip-Flop 4,5 ist mit einer ersten Torsohaltung verbunden, die die Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode 1,2 und 6 enthält, wobei dem Transistor 1 Taktsignale T und den

das

Transistoren 2 und 6/Signal am Ausgang Q bzw. das Signal am invertierten Ausgang § des Sklave-Flip-Flops zugeführt werden. Das Sklave-Flip-Flop 12,14 ist mit einer zweiten Torschaltung verbunden, die die Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode θ, 9, 11, 15, 1?, 18 enthält, wobei die Taktsignale T nicht nur dem Transistor 1,. sondern auch den Transistoren θ und 1Θ zugeführt werden, während die Ausgängedes Meister-Flip-Flops, insbesondere die Abzugelektroden der Transistoren 2 bzw. 6, mit den Eingängen der erwähnten Torschaltung, insbesondere den Torelektroden der Transistoren 17 bzw. 9, verbunden sind. Die wieder als Widerstände geschalteten Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode 10, 19 bzw. 21 sowie der mit Feldeffekttran-

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sistoren mit isolierter Torelektrode bestückte Folgeverstärker' 20, 22, 23 können mit allen übrigen dargestellten Transistoren in einem HaIb-, leiterkSrper integriert sein. Bei Verwendung als Frequenzteiler der Taktsignale T wird das Aus gangs signal CJ z.B. einer folgenden entsprechend ausgebildeten Frequenzteilerstufe zugeführt, während das Ausgangssignal 7 einer Vorrichtung zugeführt werden kann, die die Lage des Flip-Flops angibt.

Die Flip-Flop-Schaltungsanordnung wirkt wie folgt: Es wird davon ausgegangen, dass Feldeffekttransistoren mit p-leitenden Kanälen (p-type channels) angewandt werden und dass die Klemme 0 (in Fig. 3 das Substrat) an Erde und die Klemme 60 an einer negativen Speisespannung liegt. (Die Klemme 70 wird dann an eine kleinere negative Speisespannung gelegt. Werden Feldeffekttransistoren mit η-leitenden Kanälen angewandt, so sollen die Polaritäten der Speisespannung und der Taktsignale umgekehrt werden). Anfänglich wird z.B. die Klemme Q eine negative Spannung und die Klemme Q~ eine Nullspannung führen (siehe Fig. 2). Der Transistor 2 ist dann leitend, aber der Transistor 6 nichtleitend. Zu dem Zeitpunkt, zu J.<?m das Taktsignal T vom Nullpegel in den negativen Zustand tibergeht, werden die Transistoren 1, 8 und 18 leitend. Durch das Leitendwerden des Kreises 1, 2 wird daher die Spannung M an der Abzugelektrode (drain) des Transistors 4 gleich null und wird der Transistor 5 daher nichtleitend werden, wodurch der Transistor 4 in den leitenden Zustand gelangt und somit das Flip-Flop 4»5 umschaltet. Dieser Zustand des Meister- und des Sklave-Flip-Flops wird beibehalten, bis das Taktsignal T wieder zum Nullpegel zurückkehrt. Die Transistoren 1, 8 und 18 werden dann wieder nichtleitend} durch das Umschalten des Flip-Flops 4»5 wird der Transis-

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tor 9 leitend, eier Transistor 17 hingegen nichtleitend, so dass nun die beiden Transistoren 17i 18 nichtleitend geworden sind, wobei der Transistor 15 leitend wird, wodurch die Spannung an der Torelektrode des Transistors 12 zum Nullpegel zurückkehrt und das Sklave-Flip-Flops 12, 14 daher umschaltet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird auf diese Weise eine Frequenzteilung des Taktsignals T erhalten, wobei das Sklave-Flip-Flop der Lage M des Meister-Flip-Flops mit einer diarch die Breite eines Taktimpulses T bestimmten Zeitverzögerung folgt. Statt des in Fig. dargestellten Taktimpulses T kann z.B. auch ein sinusförmiges Taktsignal angewandt werden, wobei dann als Breite das Zeitintervall zwischen den Augenblicken gilt, in denen das Taktsignal T einen genügend hohen Wert erreicht hat, um die Tortransistoren 1,8 und 18 derart zu b'ffnen oder zu schliessen, dass eines der beiden Flip-Flops umschaltet.

Die Schaltungsanordnung wird hier mit umgekehrter Logik betrieben, weil nur im negativen Zustand des Taktsignals T und des Ausgangssignals Q des Sklave-Flip^-Flops das Teiltor 1,2 geöffnet wird, während hingegen beim Nullzustand des Taktsignals T und des Ausgangssignals M des Meister-Flip-Flcps das Teiltor 1?» 18 nichtleitend wird und somit das Sklave-Flip-Flop umschaltet. Beim einen (negativen) Pegel des Taktsignals T wird daher eines der Teiltore der zuerst erwShnten Torschaltung 1, 2, 6 geöffnet, während dann die zweite Torschaltung 9> 8, 11, 15, 19, 17 geschlossen bleibt. Beim anderen Pegel I (Nullpegel) des Taktsignals T ist hingegen die erste Torschaltung 1, 2, C geschlossen, aber eines der Teiltore der zweiten Torschaltung 9, 8, 11, 15, 18, 17 geöffnet.

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Sie Anzahl benötigter Einzelteile ißt "bei dieser Schaltungsanordnung geringer als bei mit derselben Logik betriebenen Toren} die Anzahl benötigter Tore ist geringer, die Verlustleistung nimmt ab und die benötigten Verbindungen zwischen den unterschiedlichen Schaltungselementen können verkürzt werden, was aus Fig. 3 hervor gehen wird. Ein wesentlicher Vorteil besteht weiter darin, dass der Ausgang des einen Transistors des Ifeister-Flip-Flops (z.B. die Abzugelektroden der Transistoren 2 und 4) über die zweite Torschaltung (insbesondere die Transistoren 17» 18 und 15) nit demjenigen Transistor (14) des Sklave-Flip-FlopB verbunden ist, dessen Ausgang (die Abzugelektroden der Transistoren 14 und 13) über die erste Torschaltung (insbesondere den Traneistor 2} mit diese» Transistor (4) des Meieter-Flip-Flope verbunden ist. Wie aus Fig· 3 ersichtlich ist, werden dadurch für die Integrationstechnik ungünstige sich kreuzende Verbindungen vermieden. Die erwähnten Vorteile treffen Jedoch bei Verwendung sowohl von Feldeffekttransistoren, gegebenenfalls mit isolierter Torelektrode, als auch von Transistoren vom bipolaren Typ (Schichttransistoren « junction transistors) zu·

Fig. 5 zeigt in vergrössertem Masstab eine Draufsicht auf einen HnIbleiter-Binkristall, in dem die Flip-Flop-Schaltungsanordnunf" nach Fig. 1 als integrierte Schaltung (integrated circuit) ausgebildet ist. ~ie in l'-au narjestellten Teile bezeichnen die an die Oberfläche tretenden Teile des Kristallsubstrats, das den einen Leitfithigkeitstyp (z.B. den n-LeitfShigkeitstyp) aufweist. In Schwarz sind Teile dahinstellt, bei denen eine untiefe Diffusion stattgefunden hat, wodurch an dieser Stelle Zonen vom entgegengesetzten (p-) LeitfShigkeitstyp gebildet sind. Insofern diese Zonen mit weiteren Schich-

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ten überzogen sind, sind die unsichtbar. Nach diesem Diffusionsschritt wird der Kristall einer Atmosphäre ausgesetzt, durch die er oit einer Isolierschicht überzogen wird, die z.B. aus einem Oxyd oder einem Nitrid besteht. An den Stellen, an denen die KafiSle der Feldeffekttransistoren gebildet werden sollen, wird diese Schicht entweder auf die richtige (geringe) Dicke oder völlig weggeätzt, wonach eine erheblich dünnere Isolierschicht angebracht wird. Das Ganze ist von einer Kratzbahn zum Zerbrechen des Kristalls umgeben, was grob schraffiert dargestellt ist. Fenster, an denen die Oxydschicht zum Anbringen von Metallkontakten entfernt worden ist, si-d fein schraffiert dargestellt. Schliesslich wird auf dem Ganzen eine -allkontaktierungsschicht angebracht, die in Fig. 3 weiss gelassen ist.

Die gebildeten Feldeffekttransistoren sind mit T. — T_, bezeichnet, wobei der Index,den in Fig. 1 bezeichneten Transistoren entspricht. Die Taktsignale treffen über einen in der Figur nicht dargestellten Anschlusskontakt am Fenster 30 ein und werden über die Leiter 31» 32 und 33 den Torelektroden g„, g„_o und g_o der Transistoren

1 IO ö

T., T._ und T zugeführt. Die Quellenelektrode (source) s. des Transistors T ist am Fenster ?9 nit dem Substrat verbunden, während seine Abzugelektrode (drain) d. zugleich die Quellenelektrode s_? des Transistors Τ« bildet, wobei über das Fenster 34» den Leiter 35 und das Fenster *6 eine Verbindung mit der Quellenelektrode S/- des Transistors T, hergestellt wird. I)ie Abzu-^elektrode d,- des letzteren Transistors bildet zugleich die quellenelektrode s„ des Transistors T„ , dessen mSanderfcJrmig dargestellte Oxydhaut oder andere Isolierschicht mit ' einer gestrichelten Linie angedeutet ist. Auf ähnliche Weise bildet die Abzugelektrode ά_ eier. Transistors T„ zugleich die Quellenelektrode

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s, des Transistors T,, dessen Kanal unter der gestrichelt dargestellten mSanderf5rmigen Oxydhaut oder einer anderen Isolierschicht liegt, die an der Abzugelektrode d^ endet, die zugleich die Abzugelektrode d.._q des Transistors T_iq bildet. Der Anschlusskontakt 60 für die Speisespannung ist über die Fenster 37 und 38 mit dieser Abzugelektrode d' und auch mit den Torelektroden (gates) g, und g._q der Transistoren T, und T. verbunden, die die beiden mäanclerfSrmigen mit gestrichelten Linien dargestellten Oxydhäute der Transistoren T₅, und T abdecken. Ueber diese Torelektroden g, und g._q und die Torelektroden g*(-t £i*» g und g.Q der Transistoren T.^, T-, T und T _ ist der Anschlueakontakt 60 gleichfalls mit den Fenster 39 verbunden, bei dem mit der gemeinsamen Abzugelektrode d„ und d_1Q der Transistoren T_ und T- eine Verbindung hergestellt wird, deren mäanderfSrmige mit gestrichelten Linien dargestellte Oxydhäute mit den miteinander verbundenen Torelektroden g„ und g₁₀ bedeckt werden. Die Abzugelektrode d_ bildet zugleich eine Diffusions zone ir.it der Abzugelektrode d. des Transistors T , dessen Quellenelektrode s, eine Diffusionszone bildet, die sich über die '«iuellenelektroden s..., s._r, s.„ und s_1Q der Transistoren T . T. _,

14 15 1/ '" '4 '5

T.„ und T._o erstreckt uno oei 40 einen Kontakt mit dem Substrat bildet.

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Die Torelektrode g. des Transistors T ist über einen Leiter 41 mit dem Fenster 42 verbunden, an dem eine Verbindung mit der Abzugelektrode

d_c des Transistors T_c hergestellt wird. Auf gleiche Weise ist die Tor-5 5

elektrode g_ des Transistors T^ über das Fenster 43 mit der Abzugelektrode d. des Transistors T verbunden. Die Diffujionszone, die die Abzugelektrode d_? des Transistors T_? und zugleich die Quellenelektrode s, des Transistors T_ bildet, ist über das Fenster 44 und den Leiter 45 mit der Torelektrode £₁₇ Jes Transistors T.„ verbunden. Die Abzug-

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elektrode d₁₇ des Transistors T₁₇ ist über das Fenster 47 und den Leiter 48 mit der Torelektrode g _ des Transistors T₁. verbunden,, ^: während sie gleichfalls mit der Abzugelektrode d._ des Transistors T._

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und der Quellenelektrode s_1Q des Transistors Τ._ eine Diffusionszone bildet. Die Abzugelektroden der Transistoren T und T (d₁ bzw. Cl₁-) bilden mit der Quellenelektrode S₁^ des Transistors T₁ ^ eine Diffusionszone, wobei die Abzugelektrode ü._c des Transistors Ύ_Λ, über das Fen-

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ster 50 mi* seiner Torelektrode g+, verbunden ist. Die Verbindung zwischen der Torelektrode g*. des Transistors T₁₄ und der Abzugelektrode d,, ρ des Transistors T₁- wird über das Fenster 51 hergestellt, während die Verbindung zwischen dessen Torelektrode g₁₂ und der Abzugelektrode "d.. . des Transistors T₁. über das Fenster 52 und die Verbindung zwischen dieser Abzugelektrode d*. und der Torelektrode g„ des Transistors T_? über das Fenster 53 hergestellt wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die übrigen Transistoren symmetrisch angeordnet, wobei die Quellen-,Tor- und Abzugelektroden sich wieder an entsprechenden Stellen befinden, und wobei zusätzliche sich kreuzende Verbindungen, die erforderlich sind,¹ wenn das Meister- und das Sklave-Flip-Flop mit der gleichen Logik betrieben werden würden, vermieden sind.

Aus Fig. 3 geht ausserdem hervor, dass das Länge-Breite-Verhältnis der Kanäle für die Schalttransistoren der mit dem Meister-Flip-Flop verbundenen ersten Torschaltung (T₁, T_?, T,) und das Länge-Breite-Verhältnis der zugehörigen als Widerstände geschalteten Transistoren T, und T_ vSllig verschieden von dem Länge-Breite-Verhältnis ^: der !-'anitle für die Transistoren der mit der Sklave-Flip-Flop verbundenen zweiten Torschaltung (T_g, T , T₁₁, -T₁., T₁₈, T_ig) gewählt ist. Der

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ochalttransistor T. der ersten Torschaltung weist ein Länge-Breite-Verhältnis von etwa 1,2 auf; für die zugehörigen (Widerstands)-Transistoren T₇, und T₇ beträgt cieses Verhältnis etwa 60. Hingegen ist für das Länge-Breite-Verhältnis der Kanäle der Schalttransistoren T₀ und

Τ«ο der zweiten Torschaltung ein Wert von etwa 0,4 und für das LSnge-10

Breite-Verhältnis der zugehörigen (Widerstands)-Transistoren T,- und T₁- ein Wert von etwa 40 gewählt. Der Quotient der beiden Länge-Breite-Verhältnisse beträgt dann im ersteren Falle etwa $0 (wobei der Einfluss der diesen Wert tatsächlich noch herabsetzenden in Reihe mit dem Transistor 1 angeordneten Transistoren 2 oder 6 vernachlässigt wird), nber im letzteren Falle etwa 100 (wobei der Einfluss der diesen Wert tat-

sächlich noch erhöhenden mit den Stufen 8, 10 bzw. 18, 19 in Kaskade geschalteten Stufen 11, 13 bzw 15» 16 vernachlässigt wird). Erwünschtenfalls können in Reihe nit den Transistoren 10 und 19 (Fig. 1) noch kleine Transistoren 24, 25 nit nahezu gleicher Länge und Breite der Kanäle angeordnet sein, deren Tor- und Abzugelektroden miteinander verbunden sind und die bewirken, dass über ihnen ein nahezu konstanter Spannungsabfall auftritt. Auch dadurch wird ein Beitrag zum Vermeiden des nachstehend noch zu beschreibenden unzeigen ümschaltens der Flip-Flops geliefert. In Üblichen als integrierte Schaltungen ausgebildeten Meister-SklRve-Flip-Flop-ächaltungstuiordnungen werden die beiden Flip-Flops identisch ausgeführt, d.h., dass die Länge-Breite-Verhältnisse der KanSle für die beiden Torschaltunken bzw. die beiden Flip-Flops und auch die Worte für die zugehörigen V/iderständstransistoren gleich gewählt sind. Durch nie angegebenen Massnahaen wird eine erheblich zuverlässigere Wirkung erzielt, «as aus Nachstehendem hervor freht. Wie oben erwShnt wurde, wird, ausgehend von einem Zustand,

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bei dem das Signal Q einen negativen Pegel aufweist und das Taktsignal T vom Nullpegel auf den negativen Pegel übergeht, das Meister-Flip-Flop die Neigung haben, vom negativen Pegel auf den Nullpegel umzuschalten* Zu diesem Zeitpunkt wird also der Transistor 17 nichtleitend und wird gleichzeitig der Transistor 18 leitend gemacht. Da jedoch die Flankensteilheit der Taktimpulse nicht unendlich gross ist, eine mögliche Steuerung mit Hilfe sinusförmiger Taktsignale auch wünschenswert ist und auch aus anderen Gründen Trägheitserscheinungen infolge von E^treukapazi täten u.dgl. berücksichtig werden müssen, braucht der Zeitpunkt des Leitendwerdens des Transistors 18 nicht genau mit dem Zeitpunkt zusammenzufallen, zu dem der Tr·= stör 17 nichtleitend ist,

es
aber/kann kurzzeitig eine negative Spannung an den Abzugelektroden der Transistoren 17 und 18 auftreten. Im allgemeinen wird angenommen, dass diese Spannung derart gering ist und sich ausserdera infolge der vorhandenen Kapazitäten derart träge auswirkt, dass der Transistor 15 dadurch noch nicht geöffnet werden würde; letzteres hätte nämlich zur Folge, dass das Sklave-Flip-Flop unzeitig umschalten würde. Durch die angegebenen Massnahmen wird jedoch eine nahezu vollständige Unabhängigkeit von Streuerscheinungen erzielt, so dass auch für beliebig geringe Flankensteilheit des Taktsignals zu dem oben angegebenen Zeitpunkt eine zuverlässige Umschaltung des Meister-Flip-Flops und nicht des Sklave- ' Flip-Flops auftritt. Dies lässt sich wie folgt erklären:

Bei einem grÖBseren Länge-Breite-Verhältnis der Kanäle der Schalttransistoren wird ein bestimmter durchgelassener Strom erst bei einer höheren Spannung an der Torelektrode erreicht werden. Je nachdem das Länge-Breite-Verhältnis der Kanäle der Widerstandstransistoren grosser gewählt ist, wird bei einer gegebenen Spannung ein

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geringerer Strom durch diese Widerstandstransistoren fliessen. Im beschriebenen Beispiel wird nun die Torelektrodenspannung, die benötigt wird, um den Transistor 1 derart stark leitend zu machen, dass das Meister-Flip-Flop umschaltet, höher als die Torelektrodenspannung sein, die benötigt wird, um den Transistor 18 genügend stromführend zu machen, damit der Transistor 15 gesperrt bleibt. Auf diese Weise wird also unzeitiges Umschalten vermieden. Aus ähnlichen Gründen wird auch ein unzeitiges Umschalten des Meister-Flip-Flops zu dem Zeitpunkt, zu dem das Taktsignal vom negativen Pegel zum Eullpegel zurückkehrt und somit das Sklave-Flip-Flop umschaltet, verhindert; der Transistor 1 ist dann gesperrt, bevor der Transistor 15 (bzw.1i) geöffnet wird.

Viele Varianten des Schaltbildes nach Fig. 1 sind möglich. So können sowohl das Meister-Flip-Flop wie auch das Sklave-Flip-Flop mit anders ausgebildeten Torschaltungen versehen werden, während dennoch die.beiden Flip-Flops mit "umgekehrter" Logik betrieben werden, d.h., dass eines der mit dem einen Flip-Flop (4,5) verbundenen Teiltore (1,2) sich nur in dem einen (negativen) Zustand der diesem Teiltor zugeführten Signale (T und ^) öffnet, während hingegen eines der mit den anderen Flip-Flop (12,14) verbundenen Teiltore (17|18,15) sich nur in dem anderen (Null-) Zustand der diesem Teiltor zugeführten Signale (T und M) öffnet. Die beiden Teiltore (1,2 bzw. 1,6) der ersten Torschaltung (1,2,6) enthalten zu diesem Zweck jeweils zwei Transistoren (1,2 bzw. 1,6) mit in Reihe geschalteten Hauptstrombahnen, wobei dem einen Transistor (1) das Taktsignal T, dem anderen Transistor (2 bzw.6) das Ausgangssignal (Q bzw. (^) des nicht zu dieser Torschaltung gehörigen Flip-Flops (12,14) zugeführt wird} die beiden Teiltore (17,18,15 bzw. 9>8,11) des anderen Flip-Flops (I2_r14) enthalten hingegen jeweils

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zwei Transistoren (16,19 bzw. S,9) mit parallel geschalteten Hauptstrcmbahnen, wobei dem einen Transistor"(18 bzw. 8) das Taktsignal T, dem anderen Transistor (17 bzw, 9) das Ausgangssignal (M bzw. R) des nicht zu dieser Torschaltung gehörigen Flip-Flops (4i5) zugeführt wird. Die Torschaltungen 1,2,£ bzw, 9,»8,11,15,18,17 wirken dabei derart, dass stets nur eines der beiden Teiltore (entweder 1,2 oder 1,6 bzw. entweder 9f8,11 oder 15*18,175 umschaltet, wahrend dann das andere dieser Teiltore keine Umschaltung des zugehörigen Flip-Flops hervorruft.

Im Schaltbild nach Fig. 4 ist eine Abwandlung der Fig. 1 gezeigt, bei der das Meister-Flip-Flop aus den Transistoren 34 und 35 mit den als Widerstände geschalteten Transistoren 33 und 37 besteht, während das Sklave Flip-Flop die Transistoren 42 und 44 rr.it den als Widerstände geschalteten Transistoren 43 und 46 enthält. Wie aus der Figur ersichtlich ist, werden die Taktsignale T den Transistoren 31> 51 und 48» die Ausgangssignale M bzw Tl des Meister-Flip-Flops den Transistoren 47 bzw, 39 und die Ausgangssignale Q bzw, φ des Sklave-Flip-Flops den Transistoren 52 bzw, 36 zugeführt, wobei wieder die mit dem einen Flip-Flop (34»35) verbundene Torschaltung aus Teiltoren (31» 32 bzw. 51»36) aufgebaut ist, die jeweils zwei Transistoren mit parallel geschalteten Hauptstronbahnen enthalten, wobei dem einen dieser Transistoren (31 bzw.51) das Taktsignal T und dem anderen (32 bzw. 36) die Ausgangs signale \i bzw. Ti des nicht-zugehörigen Flip-Flops (42,44) zugeführt weroen, während die mit diesem anderen Flip-Flop (42,44; verbundene Torschaltung aus Teiltoren (48,47 bzw. 48,39) aufgebaut ist, ' die jeweils zwei Transistoren mit in Reihe geschalteten Haupstrombahnan enthalten, wobei dem einen (48) dieser 'Transistoren das Taktsignal T unü dem anderen dieser in Reihe geschalteten Transistoren

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ι ο yj υ u η ο -15- PHN. 3696 C.

(47 bzw. 39) die Ausgangssignale (M bzw. H) des nicht-zugehörigen einen Flip-Flops (53»35) zugeführt werden. Der Quotient der LHnge-Breite-Verhältnisse der Kanäle der Widerstandstransistoren 35 bzw. und der Kanäle der zugehörigen Schalttransistoren 31 bzw. 51 ist höher als der Quotient der Litnfce-Breite-VerhSltnisse der KanSle der Widerstandstransistoren 43 bzw« 46 und des Kanals des Schalttransistors 48 gewählt. Dadurch ist eine trosse Betriebssicherheit erhalten, während fierner die '»irierstHnastram-istören 43 bzw. 46 des Sklave-Flip-Flops 42,44 verhSl tnism^Fsif niederohinig sein kfc'nnen, so dass ein verhältnismässig grosner Strom zur Steuerung Folgender Stufen am Ausgang zur Verfügung kon.mt. Ausserdec ist die Anzahl von Widerstandstransistoren erheblich verringert, wodurch die Verlustleistung geringer .als in der Schaltungsanordnung nach Fir,· 1 ist.

Oben wurde Ftets aas Flip-Flop 4f5 als das ^ister-Flip-Flop und das Flip-Flop 1?,14 p.Ib das Sklave-Flip-Flop bezeichnet. Es dürfte einleuchten, dass dieses Bezeichnung nur beliebig ist und auch umgekehrt hHtte ^ewShlt wp^Jen können. Auch ist es nicht wesentlich, welchen der t'Ciden Flip-r'l ·ρρ ias Ausgangssi^nal ^. entnomT.en wird. Die angegebene Mr.rsnahne in s-v?.u₍- auf dip LHr.ge-Breite-VerhSltnisse der unterschiedlichen KanSle fcinn ivch. bei JK- bzw. I)V-Flip-Flops angewandt werde!., tje: aenen er auch ein Meister- und ein Sklave-Flip-Flop •Tibt unci bei denen auch aus ^-.nlichen Gründen ein unzei*if:es T^Tnschalten dos einen Flip-Flops 7un UnFrhaltzeitpunkt des anderen Flip-Flops vermieden wer :ei. nuss, lie Sir..-anf:st >re des Meister-Flip-Flops werden dann etwas verwickelter, veil dieses i'lip-Flop nicht nur vor. den Aus-

gangstigiialen ^ und ^I >f SKlave-Flip-Flrps und den Taktsignalen, sondern p.voh von den J- : ?.w. K-Sirnal !,oder 2- bzw. V-Signal) gesteuert

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werden musn. Nur igt wesentlich, dass der Quotient dee Widerstanden (bzw, 7» bzw. 43ibzw. 46) und des LKnge-Breite-Verhältnisses dee Kanals des Transistors 1 (bzw. 48) kleiner als der Quotient des Widerstandes 19 (bzw, 10, bzw. 33, bzw. 37) und des LSnge-Breite-VerhSltnisses des Kanals des Transistors 18 (bzw.8, bzw.'31, bzw. 5I) iet, wobei die vom Taktsignal T und dem Ausgangssignal des einen Flip-Flops gesteuerten Transistoren 1_t? (bzw. 1,6 bzw, 48|47 bzw, 4?t39) in Reihe (geschaltete Hauptstrombahnen haben, wRhrend die vom Taktsignal T und dem Aus^an^ssignal des anderen Flip-Flops gesteuerten Transistoren 18,17 (bzv. 8,9 bzw. 31,32 bzw. 51,36) parallel geschaltete Hauptstrombahnen aufweisen.

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   PATENTANSPRÜCHE!

   MJ Transitorisierte Meister-Sklave-Flip-Flop_rSchaltungsanordnung mit einer ersten von Taktsignalen und vom Ausgang des Sklave-Flip-Flops gesteuerten mit dein Meister-Flip-Flop verbundenen Torschaltung und einer zweiten von den Taktsignalen und vom Ausgang des Meister-Flip-Flops gesteuerten mit dem Sklave-Flip-Flop verbundenen Torschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem einen Flip-Flop verbundene Torschaltung aus zwei Teiltoren aufgebaut ist, die je die Reihenschaltung der Hauptstrombahnen eines vom Taktsignal und eines vom Ausgangssignal des anderen Flip-Flops gesteuerten Transistors enthalten, wahrend die mit diesem anderen Flip-Flop verbundene Torschaltung aus zwei Teiltoren aufgebaut ist, die je die Parallelschaltung der Hauptstrombahnen eines vom Taktsignal und eines vom Ausgangseignal des einen Flip-Flops gesteuerten Transistors enthalten.

   2, Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des einen Transistors des Meister-Flip-Flops"über die zweite Torschaltung mit demjenigen Transistor des Sklave-Flip-Flops verbunden ist, dessen Ausgang über ;iie erste Torschaltung mit diesem einen Transistor des Meister-Flip-Flops verbunden ist, während der Ausgang des anderen Transistoren des Meister-Flip-Flops über 'Üe zweite Torschaltung mit dem anderen Transistor des Sklave-Flip-Flops verbunden ist, lessen Ausgang über die erste Torschaltung nit diesem anderen Transistor des Meister-Flip-Flops ver-Hjnden ist.

   3, Flip-Flop-Srhaltungsanordnung.nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, cass die mit Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode bestückten Torschaltungen mit Belastungswider-

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   ständen versehen sind, wobei der Quotient dieses Widerstandes und des Länge-Breite-Verhältnisses des Kanals des zugehörigen Feldeffekttransistors, dem das Taktsignal zugeführt wird und dessen Hauptstrombahn in Reihe mit der des vom Ausgangssignal des nicht-zugehörigen Flip-Flops gesteuerten Transistors geschaltet ist, kleiner als der quotient des Belastungswiderstandes und des LSnge-Breite-Verhältnisses des Kanals des zugehörigen Feldeffekttransistors, dem das Taktsignal zugeführt wird und dessen Hauptsfcrombahn zu der des vom Ausgangssignal des nicht-zugehörigen Flip-Flops gesteuerten Transistors parallel /jeschaltet ist, gewählt ist.

   4· Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte Teiltore, die je die Parallelschaltung der Hauptstrombahnen zweier Transistoren enthalten, je als Belastungsitfiderstand die Reihenschaltung der Hauptstrombahnen mindestens zweier als Widerstände geschalteter Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode enthalten,

   5. Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren eines der beiden Flip-Flops mit ihren Hauptstrombahnen nit der erwähnten Parallelschaltung in Reihe angeordnet sind, während die Transistoren des anderen der beiden Flip-Flops mit ihren Hauptstrorabahnen parallel zu der erwähnten Reihenschaltung angeordnet sind.

   6. Flip-Flop-Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche j Transistoren und die zugehörigen Belastungswiderstände in Form von Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode auf einem einzigen Halbleitersubstrat integriert sind.

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