DE2000666A1 - Taktgenerator - Google Patents

Description

Anmelderin» General Instrument Corporation .

65 Gouverneur Street, Newark, New Jersey, USA

Takt gene rat 0 r

BIe Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeugung von Takt-Impulsen, Insbesondere eine Schaltung zur Erzeugung von Taktsignalen aus zwei sequentiellen Eingangssignalen.

Pur den Betrieb von Logikschaltungen, beispielsweise in Rechnern, werden In einer genauen Zeitbeziehung zueinander stehende Taktsignale gebraucht. Es sind bereits verschiedene Schaltungen bekannt, die derartige Taktsignale bei hohen Frequenzen und mit hoher Genauigkeit erzeugen. Diese Taktimpulse werden zur Steuerung des getakteten Betriebs verschiedener Logikblöcke in Rechnern verwendet, beispielsweise von Zählern, Schieberegistern, Speichern und dergleichen. Die Hauptforderung für die in diesen Logikschaltungen verwendeten Taktimpuls e gesteht darin, daß sie In einer genauen PhasenbeZiehung zueinander stehen müssen, und daß sie für eine genaue Logikoperation der verschiedenen von ihnen gesteuerten Schaltungen die richtige Amplitude und Form besitzen müssen.

So wurde beispielsweise eine Logikschaltung entwickelt, die eine sogenannte ^MVier-Phasen-Logik" verwendet, bei der die Taktsteuerung der verschiedenen Logikschaltungen durch vier sequentielle Taktsignale bestimmt wird, die zueinander in einer ganz bestimmten Zelt- und Phasenbeziehung liegen. Eine

INSPECTED

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Art der vierphaslgen Logiktakte besitzt vier Taktphasen, bei denen zwei der Taktphasen eindeutig oder nicht Überlappend sind. Die anderen beiden Phasen treten JewelJ.β während der Periode einer der eindeutigen Phasen auf und dauern bis zum Auftreten der nachfolgenden eindeutigen Taktphase.

Ss ist bereits eine Taktschaltung dieser Art vorgeschlagen worden, bei der aus zwei in einem Abstand zueinander liegenden Eingangssignalen intern zwei einander überlappende Taktimpmlse erzeugt werden. Um die Auswirkungen der RUckkoppelung des positiven Signals von den Lastschaltungen über den Ausgangs-Knotenpunkt der Taktgeneratorschaltung auszuschalten, an den diese Schaltungen angeschlossen sind, 1st diese Taktschaltung mit einer Clamping-Schaltelnrichtung versehen, die bei ihrer Betätigung während des Intervalls zwischen dem ersten und zweiten Blngangs-Taktslgnal den Ausgangs-Knotenpunkt auf seinen gewünschten Betriebspegel legt. Diese Clamplng-Einrlchtung besitzt einen Steueranschluß, der an einen Eingangs-Knotenpunkt angeschlossen ist. Dabei bestimmt der Signalpegel an dieser Eingangsklemme, ob die Clamping-Einrichtung leitend ist. Dieser Taktgenerator ist bei gewissen Anwendungen überaus wirksam, bei denen eine beträchtliche Anzahl von Lastschaltungen durch die erzeugten Taktimpulse gesteuert werden und bei denen die Impulse bei verhältnismäßig hohen Frequenzen erzeugt werden. Es ist jedoch festgestellt worden, daß bei einer weiteren Steigerung der Lastschaltungen und bei einer Steigerung der Frequenz der Taktimpulse kis zum Bereich von 2 bis 3 MHz, das Problem der translenten Signalrückkopplung aus den Lastschaltungen über den Ausgangs-Knotenpunkt an Bedeutung gewinnt. Es besteht über die Kapazität zwischen den Elektroden der Clamping-Einrichtung eine ausreichend starke Signalübertragung zum Eingangs-Knotenpunkt, um das Signal am Bingangs-Knotenunkt

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auf unerwünschte Weise zu beeinflussen. Daher wird bei höheren Anforderungen hinsichtlich der Belastbarkelt und der Frequenz in bestimmten Anwendungsfällen des Taktgeneratοrs der Signalpegel am Eingangs-Knotenpunkt in unerwünschter Welse von einem Pegel, bei dem die Olamping-Einrichtung betätigt wird zu einen unterschiedlichen, fehlerhaften Pegel verändert, bei dem die Clamplng-Einrichtung nicht mehr betätigt wird. Damit kann die Olamping-Elnrlchtung während des Intervalls zwischen dem ersten und zweiten Bingangssignal ausgeschaltet werden, d. h., während der Periode, während der das Ausgangssignal unbedingt auf den gewünschten Betriebepegel gelegt werden nuß. Das am Ausgänge-Knotenpunkt erzeugte Auegangssignal wird daher während dieser Periode nicht mehr auf seinem richtigen Betrlebs-Loglkpe^el gehalten.- An die verschiedenen, an den Ausgangs-Knotenpunkt angeschlossenen Lastschaltungen werden damit falsche Taktsignale gelegt, so dafl die Lasteehaltungen die gewünschten Logik- und Steuerfunktionen in der Vorrichtng nicht mehr ausführen können. Damit ergibt sich eine fehlerhafte Operation der gesamten Vorrichtung.-

Dfceer Taktgenerator ist daher hinsichtlich der Anzahl der Lastschaltungen, die durch die erzeugten Taktsignale zuverlässig gesteuert werden können und hinsichtlich der Frequenz der an die Lastschaltungen angelegten Takteignale beschränkt verwendbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher hauptsächlich, einen Taktgenerator zu schaffen, der bei einer größeren Anzahl von Lastschaltungen und bei höheren Taktsignalfrequenzen, als dies bisher möglich war,zuverlässig arbeitet. Dieser Taktgenerator soll aus zwei in einem Abstand zueinander liegenden Eingangesignalen einander überlappende Taktsignale erzaa»£«n,wobei die Taktsignale von den von den Last-

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schaltungen, die diese Signale empfangen, rückgekoppelten Signalen im wesentlichen unbeeinflußt bleiben. Das erzeugte Ausgangssignal soll eine vorherbestimmte Phasenbeziehung zu zwei in einem Abstand zueinander liegenden Eingangs-Taktslgnalen aufweisen, wobei das Ausgangssignal in der Perlode zwischen den beiden Eingangssignalen fest auf seinem Ausgangspegel gehalten wird. Ferner soll bei diesem Taktgenerator an einem Ausgangs-Knotenpunkt ein überlappendes Taktsignal erzeugt werden, wobei der Ausgangs-Knotenpunkt durch den Betrieb einer Clamping-Elnrichtung fest auf seinem gewünschten Pegel gehalten wird, wobei die Clamping-Einrichtung wiederum durch einen am Eingangs-Knotenpunkt während der Perlode zwischen den beiden Eingangsimpulsen erzeugten Signalpegel gesteuert wird. Bei dem Taktgenerator sollen verschiedene in der Schaltung verwendete Einrichtungen auf einem Plättchen aus Halbleitermaterial gebildet werden, wobei ein Bereich dieses Materials dazu verwendet wird, den Eingänge-Knotenpunkt mit einer Spannungequelle zu verbinden, um den Signalpegel an diesem Knotenpunkt während einer vorherbestimmten Periode fest auf einem gewünschten Wert zu halten, wobei durch diesen Pegel der Betrieb einer Schalteinrichtung gesteuert wird, die wiederum den Signalpegel am Ausgänge-Knotenpunkt fest auf dem richtigen Wert hält. Der Taktgenerator soll ferner in der Lage sein, ein zweites überlappendes Taktsignal und ein drittes Ausgangs-Taktsignal zu erzeugen, dessen mögliche Signaländerung gröfier 1st als die der beiden erzeugten überlappenden Taktsignale, und das nur während der Periode zwischen dem ersten und zweiten Eingangs-Takt signal erzeugt wird. Bei diesem Taktgenerator sollen die intern erzeugten Taktslgnale während der genannten Perloden schnell und genau auf ihren gewünschten Pegel gebracht werden.

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Der erfindungsgemäße Taktgenerator empfängt zwei in einem Abstand zueinander liegende Eingangs-Taktslgnale und erzeugt aus diesen beiden Taktsignalen an einem Aus gangs-Knot enpunkt wenigstens ein Ausgangssignal, das in der Periode zwischen dem ersten und zweiten Eingagssignal fest auf seinem gewünschten Pegel gehalten wird. Sas Ausgangssignal wird während seines Intervalls durch eine Glamping-Schalteinrichtung auf seinem gewünschten Pegel gehalten, die zwischen einem Ausgänge-Knotenpunkt und einer ersten Spannungsquelle angeschlossen ist. Wenn diese Schalteinrichtung betätigt wird, so wird der Signalpegel am Ausgangs-Knotenpunkt fest auf einen ersten Pegel gelegt, der dem Pegel der ersten Spannungsquelle entspricht. Die Glamping-Einrichtung 1st ferner an einen Eingangs-Knotenpunkt angeschlossen, dessen Signalpegel den Betrieb der Clamping-Elnrlchtung steuert. Erfindungegemäß ist eine leitende Einrichtung vorgesehen, die während des Intervalls zwischen dem ersten und zweiten Eingangssignal als Verbindung des Eingangs-Knotenpunktes mit der ersten Spannungsquelle wirkt, um so während dieser Perlode den richtigen Signalpegel am Eingangs-Knotenpunkt (d. h. einen Pegel, durch den die Clamping-Einrichtung betätigt wird) aufrechtzuerhalten, und die Ölamping-Einrichtung unabhängig von irgendwelchen möglichen Auswirkungen der von der Last zum Eingangs-Knotenpunkt durchgeführten Signale zu betätigen.

Durch das zweite Eingangssignal gesteuerte Sehalteinrichtungen trennen den Elngans-Knotenpunkt von uder ersten Spannungsquelle und verbinden denselben mit einer zweiten Spannungsquelle,um denselben beim Beginn des zweiten isingangssignals auf seinen zweiten Pegel zu bringen. Zu dieser Zelt wird die Clamp!ng-Einrichtuag ausgeschaltet und

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das Ausgangssignal am Ausgänge-Knotenpunkt wird auf seinen zweiten Arbeltspegel gebracht, der dem Pegel der zweiten Spannungsquelle entspricht.

Sie erfindungsgemäße Schaltung ist vorzugsweise auf einem Plättchen aus Halbleitermaterial ausgebildet, wobei die verschiedenen in dieser Schaltung verwendeten Elemente sämtlich direkt auf dem Plättchen ausgebildet sind. Die oben erwähnte leitfähige Einrichtung verbindet bei der hler beschriebenen AusfUhrungsform den Eingangs-Knotenpunkt mit seiner ersten Spannungsquelle. Sie weist einen Widerstand auf, der durch einen dotierten Bereich im Halbleitermaterial, der einen Widerstandsbereich bildet, -begrenzt 1st. Sie Höhe dieses Widerstandes ist größer als die der zweiten Schalteinrichtung im leitfähigen Zustand, so daß der Eingänge-Knotenpunkt bei Betätigung der zweiten Schalteinrichtung durch das zweite Eingangs-Taktsignal wirksam und schnell auf den durch die zweite Spannungsquelle bestimmten Pegel gebracht wird. Dadurch wird das betätigende Signal von der Olamping-Einrichtung entfernt und das Ausgangssignal kann auf seinen zweiten Arbeitspegel gebracht werden.

Sie erfindungsgemäße Schaltung weist ferner eine Einrichtung zur Erzeugung eines zweiten Ausgangssignals an einem zweiten Ausgangs-Knotenpunkt auf, das beim Beginn des zweiten Singangesignals beginnt und beim Beginn des darauffolgenden ersten Eingangseignais endet. Sie den Eingangs-Knotenpunkt mit der zweiten Spannungsquelle verbindende Schalteinrichtung kann zwei Schalter aufweisen, von denen der eine durch das zweite Eingangssignal und der andere durch das zweite Ausgangssignal betätigt wird. Sieser Aufbau ergibt während des zweiten Eingangssignals eine wirkungsvolle Verbindung zwischen den Eingangs-Knotenpunkt und der zweiten Spannungsquelle sowie in dem Intervall zwischen diesem und dem darauffolgenden ersten Eingangssignal.

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Die erfindungsgemäße Taktschaltung weist ferner Einrichtungen zur Erzeugung eines dritten Ausgangssignale s an einem dritten Ausgangs-Knotenpunkt auf, das nur in der Periode zwischen dem ersten und zweiten Eingangs-Taktsignal erzeugt wird. Dieses dritte Ausgangssignal wird vom ersten und zweiten Eingangssignal und dem zweiten Ausgangssignal erzeugt, die Jeweils die drei Schaltelemente eines NOR-Jatters betätigen, das zwischen dem dritten Ausgangs-Knotenpunkt und der zweiten Spannungsquelle angeschlossen ist. Um den negativen Schwellenspannungsabfall zu vermeiden, der auftreten würde, wenn die erste Spannungsquelle über eine Schalteinrichtung, wie beispielsweise einen Feldef- ™

fekttranslstor [FM) an den dritten Ausgangs-Knotenpunkt gelegt würde, ist der dritte Ausgangs-Knotenpunkt über einen Leiter in Form eines Widerstandes mit der ersten Spannungsquelle verbunden. Der Widerstand ist vorzugsweise durch selektive Dotierung eines Teils des Halbleltermaterlals gebildet, auf dem die Schaltung aufgebaut ist.

Die verschiedenen, In der erfindungBgemäßen Taktgeberschaltung verwendeten elektronischen Schalter sind speziell als Feldeffekttransistoren beschrieben, die auf einem einzelnen Plättchen aus Halbleitermaterial leicht ausgebildet werden können. Diese Transistoren weisen zwei _Λ Ausgangsklemmen auf, die als Emitter (oder Source) und KoI- ™ lektor (oder Drain) bezeichnet werden. Sie weisen ferner einen Steueranschluß auf, der allgemein als Gatt bezeichnet wird, «wischen dem Jämitter-und KollektoranschluS ergibt sich eine geschlossene Schaltung, wenn an das Gatt ein negatives Signal angelegt wird. Die Verbindung zwischen den Ausgangsklemmen wird geöffnet, wenn an das Gatt ein positives oder Massepotential gelegt wird. Feldeffekttransitoren können mit hoher Geschwindigkeit schalten und sind

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daher zur Verwendung in Hochgeschwindlgkeits-Rechnerlogikschaltungen überaus gut geeignet. Obwohl Jedoch bei der vorliegenden Erfindung Feldeffekttransistoren bevorzugt werden, können ebenso auch andere mit hoher Geschwindigkeit schaltende Schalteinrichtungen verwendet werden.

Anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten beispielsweisen Aueführungeform wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Taktgebers; und

Figuren 2a bis 2e die Ablaufdiagramme der Eingangs-Takt impulse und der durch die erflndungsgemäße Schaltung erzeugten Taktphasen.

Die in Flg. 1 gezeigte Taktschaltung 10 weist einen Ausgangs-Knotenpunkt 12 auf, an dem aus zwei sequentielleren einem Abstand voneinander liegenden EingangsSignalen ein überlappender Ausgangs-Taktimpuls erzeugt wird. Die Eingangs signale werden an zwei Eingangeklemmen 14 bzw. 16 gelegt. Diese Eingangssignale betätigen eine Schalteinrichtung, die so ausgebildet ist, daß sie am Ausgangs-Knotenpunkt 12 das gewünschte Ausgangssignal erzeugt. Die Schaltung weist ferner einen zweiten Ausgangs-Knotenpunkt 18 auf, an dem aus den gleichen beiden Eingangssignalen ein zweiter überlappender Auegangs-Taktimpuls erzeugt wird. Derartige sequentiell in einem Abstand zueinander liegende Elngangs-Taktsignale ή und 0* sind in den Figuren 2a bzw. 2b dargestellt, die grafisch diese beiden Signale in ihrer Zelt- und SpannungsbeZiehung zeigen. Die Zeit ist auf der horizontalen Achse aufgetragen und die Spannung auf der vertikalen Achse. Die beiden Eingangs-Taktslgnale

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^₁ und 0-* liegen normalerweise auf +12 Volt und weisen einen Ins ^Negative gehenden Arbeitsbereich auf, In dem das Signal bei -12 Volt liegt. Der negative Impuls jedee Eingangs-Taktsignals wird als "Zelt" dieses Signals bezeichnet. Der Ausdruck ^M J^₁-ZeIt" bezeichnet also das Vorhandensein des negativen Teils des Eingangssignals 0^ und der Ausdruck " OyZeit" entsprechend die Gegenwart des negativen Teils des Eingangs-Taktsignals 0-,. Sie beiden überlappenden Ausgangstaktsignale 0₂ und 0^, die an den Ausgangs-Knotenpunkten 12 bzw. 18 erzeugt werden,sind in den Figuren 2c bzw. 2d dargestellt. Aus diesen Figuren läßt usich entnehmen, daß das Taktsignal 0_Q ^{mlt einem} Pegel von etwa -8 Volt beim Beginn der ins Negative gehenden Flanke der 0*-Zeit negativ wird und bis zum Beginn der 0 -j-Zeit auf diesem Wert negativ bleibt. Damit überlappt das Ausgangs-Taktsignal 0₂ das Eingags-Taktslgnal 0^ und bleibt Im Intervall vom Ende der 0,-Zeit bis zum Beginn der 0-,-Zeit auf seinem negativen Arbeitspegel. Auf ähnliche Welse besitzt das Ausgangs-Taktslgnal 0^ beim Beginn der J2T,-Zeit seinen negativen Arbeltsteil und es bleibt bis zum Beginn der darauffolgenden ^₁-Zelt in diesem negativen Arbeitszustand.

Die ScÄtung weist ferner einen dritten Ausgangs-Knotenpunkt 20 auf, an dem ein drittes Ausgangssignal erzeugt wird, das mit ^_x bezeichnet wird. Der Spannungsverlauf des Signals 0_2χ ist in Fig. 2e grafisch dargestellt. Der negative Teil von -12 Volt dieses Signals wird nur im Intervall zwischen den Eingangs-Taktsignalen ^₁ und 0, erzeugt.

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Die Schaltung umfaßt eine erste Schaltelntichtung, die hier einen PET QI aufweist, der an seinem Gatt von der ülngangsklemme 14 das tiingangs-Taktsignal ^₁ empfängt. Wenn er während der ^₁-ZeIt betätigt wird, Yerbihdet er den Ausgänge-Knotenpunkt 12 mit einer Klemme 22, an die eine negative Spannungsquelle angeschlossen ist. Bin FET Q2 wirkt als Clamping-Schalteinrichtung. Der Gattanschluß dieses Transistors ist an einen Eingangs-Knotenpunkt 24 angeschlossen und seine Ausgangsschaltung ist mit der negativen Klemme 22 verbunden, so daß bei seiner Betätigung durch ein geeignetes Signal an seinem Gattanschlufl, daß das vom Eingangs-Knotenpunkt 24 angelegte Signal ist, die leitende Ausgangsschaltung des FET Q2 den Ausgangs-Knotenpunkt 12 mit der negativen Klemme 22 verbindet. Dadurch wird der Ausgangs-Knotenpunkt 12 solange auf seinen negativen Pegel gelegt, wie der Clamping-Transistor Q2 eingeschaltet ist.

Eine zweite Schalteinrichtung weist hier einen FET 33 auf. An das Gatt des FET Q3 ist von der Eingangsklemme 16 der Eingangs-Tiktimpuls 0^ gelegt. Er wird beim Beginn der 0·*- ZeIt betätigt und verbindet den Ausgangs-Knotenpunkt 12 über seine leitende Ausgangsschaltung mit einer Klemme 25, die an eine positive Spannungsquelle angeschlossen ist. Der Eingangs-Knotenpunkt 24 ist Über die Ausgangsschaltung einer Schalteinrichtung in Form eines FET Q4 an eine Klemme 2(5 gelegt, die mit einer positiven Spannungsquelle verbun*» den ist. Der FET Q4 empfängt an seinem Gattanschluß von der Eingangs klemme -16 das Ei η gangs-Takt signal j2L und verbindet den Eingangs-Knotenpunkt 24 mit der positiven Klemme 26, wenn er beim Beginn der 0^-Zeit eingeschaltet wird.

Soweit bis hierher beschrieben, verbindet die Schaltung den Eingangs-Knotenpunkt 24 mit der negativen Klemme 22 nur während der Perlode des ersten E ingaJs impulses, d. h. während der Ji₁-Zeit. Während des Intervalls zwischen den

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beiden Eingangs-Taktsignalen J^ und φ-, "schwimmt" der Knotenpunkt praktisch, d. h. er ist nicht mit der negativen Klemme verbunden. Bs ist festgestellt worden, daß bei dieser Anordnung des Eingangs-Knotenpunktes die positiven Signale von den (nicht gezeigten ) externen Lastschaltungen, die vom Ausgangs-Knotenpunkt 12 die Ausgangs-Taktsignale empfangen, durchgeleitet werden und über die Kapazität zwischen den Elektroden des Clamping-Transistors Q2 auf den Eingans-Knotenpunkt 24 rückgekoppelt werden. Ist diese Rückkopplung ausreichend groß, so wird der Signalpegel am Eingangs-Knotenpunkt 24 nicht ausreichend negativ, um ein zuverlässiges Einschalt- oder Betätigungssignal am Gatt des Clamping-Transistors Q2 zu erzeugen. Demzufolge wird der Transistor Q2 ausgeschaltet und der Ausgangs-Knotenpunkt 12 ist während der Periode zwischen den beiden Eingangs-Taktsignalen nicht mehr fest auf das Potential der nigatiwan Klemme 22 gelegt. Dies wiederum führt (als Ergebnis der Rückkopplung von den Lastschaltungen zum Ausgangs-Knotenpunkt 12) zu einer Verschlechterung des Signalpegels am Ausgangs-Knotenpunkt 12, so daß das Ausgangs-Taktsignal ^₂ einen falschen Logikpegel erhält.

Um diesen Mangel auezuschalten, weist der erfindungegemäße Taktgenerator eine leitfähige Einrichtung in Form eines Widerstandes 28 auf, der den Eingänge-Knotenpunkt 24 mit der negativen Klemme 22 dauernd, und insbesondere im Intervall zwischen den Bingangs*Taktsignalen J^ und 0z verbindet, um den Eingangs-Knotenpunkt 24 auf seinen negativen Pegel zu legen und ihn während dieses Intervalle fest auf diesem Pegel zu halten. Sie Höhe dee Widerstandes 26 ist während deren leitender Periode vorzugsweise größer als der Widerstand der Auegangeschaltung dee Transistors Q4 im leitenden Zustand, d. h. während der ^-ZeIt. Damit wird während der f^-Zelt der Eingangs-Knotenpunkt 24 über den äußerst geringen Widerstand der

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leitenden Ausgangsschaltung des Transistors Q4 auf den Pegel der positiven Klemme 26 gelegt. Der Widerstand 28 wirkt daher als Verbindung und hält den Eingangs-Knotenpunkt 24 während des Intervalls zwischen der 0,- und 0^-Zelt zur Betätigung des Transistors Q2 auf seinem gewünschten negativen Pegel. Um sicherzustellen, daß der Eingangs-Knotenpunkt 24 In der Perlode zwischen der 0-,-ZeIt und der darauffolgenden ^₁-ZeIt auf seinem gewünschten positiven Pegel bleibt, 1st der Eingangs-Knotenpunkt 24 ferner über eine zusätzliche Schalteinrichtung In Form eines FET Q5 mit der positiven Klemme 26 verbunden. Der FET Q5 empfängt an seinem Gatt das zweite Ausgangs -Takt signal 0^, das In noch zu beschreibender Welse am Ausgangs-Knotenpunkt 18 abgeleitet wird.

Bei der Verwendung von Feldeffekttransistoren als Schalteinrichtungen In der Schaltung 10, sind diese vortellhafterwelse auf einem einzelnen Plättchen aus Halbleitermaterial ausgebildet, das einen Substratbereich eines Leitfähigkeitstyps aufweist. Die Feldeffekttransistoren sind durch Bearbeitung von ausgewählten Bereichen dieses Substratmaterials gebildet, wodurch die verschiedenen Bereiche der Schaltein* richtungen bestimmt sind. Der Widerstand 28 1st vorzugsweise ein auf den Plättchen gebildeter Bereich, der durch Dotierung eines Bereiches des Substrats mit einer Verunreinigung eines Type gebildet 1st, die den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp des Substrats erzeugt. Der Widerstandewert dieses Bereiches kann durch Veränderung der Konzentration der dem Substrat zugefügten Verunreinigungen genau gesteuert werden.

Es 1st ferner erwünscht, daß der Signalpegel am Eingänge-Knotenpunkt 24 an Ende der ^₁-ZeIt seinen maximalen negativen Pegel erreicht. Daher muß die Zeltkonetante des Ladeweges zum Eingangs-Knotenpunkt 24 (die durch den Widerstand 28 und die Kapazität des Transistors Q2 gegenüber Masse best im« t wird) ausreichend niedrig sein. Daher muß der Wert

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des Widerstandes 2Ö ausreichend niedrig sein, um sicherzustellen, daß der maximale negative Pegel am Eingangs-Knotenpunkt 24 am Ende der JZi₁-Zeit erzeugt wird. Es sei erwähnt, daß infolge der Verbindung des Eingangs-iuaotenpunktes 24 über den widerstand 28 an die negative Klemme 22, statt über die Ausgangsschaltung eines FET, der bignalpegel am Knotenpunkt 24 nicht durch einen Schwellenspannungsabfall beeinflußt wird, sondern am Ende der ^₁-Zeit auf im wesentlichen den vollen negativen Pegel der Klemme 22 gebracht wird.

Durch die Schaltoperation von zwei Schalteinrichtungen, die hier als PET Q6 und Q7 dargestellt sind, wird am Ausgangs-Knotenpunkt 18 das zweite Ausgangssignal φ^ erzeugt. Die Transistoren Q6 und Q7 empfangen an ihren Gattanschlüssen die Eingasgs*Takteignale ^₁ bzw. $y Der Transistor Q7 wird während der 0-,-Zeit so betätigt, daß er den Punkt 30 und damit den Ausgangs-Knotenpunkt 18 mit der negativen Klemme 22 ver bindet und somit den Punkt 30 auf eine negative Spannung bringt. Während der darauffolgenden J^₁-ZeIt wird öder FET Q6 eingeschaltet und verbindet den Punkt 30 mit der positiven Klemme 26, so daß das Signal am Ausgangs-Knotenpunkt 18 auf einen positiven Pegel geht und das In Flg. 2d gezeigte Ausgangssignal 0^. erzeugt wird. Ss 1st festgestellt worden, daß bei der Steuerung der Lastschaltungen mit den hier erzeugten vler-phasigen Taktsignalen eine minimale Rückkopplung zum ^-Ausgangs-Knotenpunkt und damit ein minimales und zulässiges MaB an Verschlechterung durch die Rückkopplung besteht, leshalb 1st die Festlegung des Potentials des 0₂-Au8 gangs-Knotenpunkt es 12 an. Ausgangs-Knotenpunkt 18 während der Periode zwischen dem Ende der ^-Zeit und der darauffolgenden ^₁-ZeIt nicht notwendig. Muß jedoch das Taktsignal ft^ am Aus gangs-Knotenpunkt 18 im Intervall zwischen den Eingangs-Taktimpulsen auf seinem gewünschten Arbeltspegel gehalten werden, so kann dies dadurch ereicht werden, daß eine ähnliche Claaping-Sohaltung vorgesehen wird, wie sie für den Ausgangs-Knotenpunkt 12 beschrie-

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ben wurde. Der Funkt 30, an dem das Taktsignal 0^ erzeugt wird, ist mit dem Gattanschluß des FET Q5 verbunden, so daß, wie oben beschrieben, der FET Q5 während der 0,-Zelt so betätigt wird, daß er den Eingangs-Knotenpunkt 24 mit der positiven Klemme 26 verbindet. Dadurch wird sichergestellt, daß der Eingangs-Knotenpunkt 24 während der ^k-Zeit positiv bleibt und insbesondere in dem Teil der J^-Zeit der unmittelbar auf die j^z-Zeit folgt und der unmittelbar vor dem Beginn der darauffolgenden ^₁-ZeIt liegt.

FUr bestimmte Anwenwendungen, beispielsweise fUr reine Auslesespeicher ist zur Durchfuhrung bestimmter Logikoperationen ein drittes Ausgangssignal erforderlich, das als exklusives 0₂-(02x)^S1-^gnal bezeichnet wird. Es sei ferner erwähnt, daß bei einer typischen negativen Spannungsquelle von - 12 Volt der maximale negative Pegel der Ausgangs-Taktslgnale 0₂ ^und #4 wegen der jeweiligen Schwellenspannungsabfälle In den FET QI und Q7 etwa -8 Volt beträgt. Ss ist jedoch Überaus wünschenswert, den maximalen negativen Pegel des exklusiven f6 -signals auf -12 Volt zu erhöhen. Dies wird durch ein allgemein alt 32 bezeichnetes NOR-Gatter erreicht, das drei parallele Gatter in Form von FBT QÖ, Q9 und OJO aufweist. Die Ausgangssehaltungen dieser Transistoren sind zwischen der positiven Klemme 2b und einem Punkt 34, der mit dem Ausgangs-Knotenpunkt 20 und einer Klemme des Widerstandes 36 verbunden ist, parallel geschaltet. Die andere Klemme des Widerstandes 36 1st alt der negativen Klemme 22 verbunden. Der Widerstand 36 kann üurch einen p-leltenden Bereich auf dem gleichen Plättchen bestimmt sein, auf dem die anderen Elemente der Schaltung ausgebildet sind.

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Die Steuer- oder Gattanschlüsse der Transistoren Qo, Q9 und Qi O sind an daß Aus gangs-Taktsignal J0., das Eingangs-Taktsignal 0, bzw. ^₁ angeschlossen und werden durch die negativen Teile jedes dieser Signale betätigt. Wird auf diese Weise einer der Transistoren Q8 bis Q10 betätigt, so ist der Ausgangs-Knotapunkt 20 übejKdle Ausgangsschaltung eines oder mehrerer dieser Transistoren mit der positiven Klemme 26 verbunden. Lediglich in der Perlode, in der die Taktsignale ^, 0, und 0J sämtlich positiv sind, d. h. nur während der Periode zwischen der ^₁- und 0,-Zeit, sind diese Transistoren sämtlich ausgeschaltet. Damit sind nur zu dieser Zelt der Ausgangs-Knotenpunkt 2ü und der Punkt 34 miteinander verbunden und werden Über den Widerstand 36 auf den Pegel der negativen Klemme 22 gebracht. Daher sollte der Wert des Widerstandes 3o größer sein als der der Ausgangsβcnaltung des UOR-Gattersj2 im leitenden Zustand, d. h. im leitenden Zustand der iransistoren Qd, Q9 und Q10.

Die Schaltung 10 arbeitet folgendermaßen: Beim beginn der yij-Zeit wird der ijsi¹ QI eingeschaltet, so daß der Ausgangs-Knotenpunkt 12 über die Ausgangsschaltung des Transistors Q1 mit der negativen Klemme 22 verbunden ist und schnell auf seinen negativen Pegel gebracht wird. Zu dieser Zeit wird 4r Eingangs-Knotenpunkt 24, da beide FET Q4 und Q5 ausgeschaltet sind, über den Widerstand 28 auf einen negativen Pegel gebracht, der an das Gatt dee FET Q2 gelegt wird, so daß dieser eingeschaltet wird und über seine Auegangeschaltung den Ausgangs-Knotenpunkt 12 mit der negativen Spannung verbindet. Damit wird das Petential des Ausgange-Knotenpunktes 12 während des Intervalls zwischen den Blngangs-Takt signal en ^₁ und 0-x, wie oben beschrieben, wirkungsvoll festgelegt. Da am Widerstand 28 keine Schwellenspannung abfällt, kann der Bingangs-Knotenpunkt 24 auf die volle Spannung der negativen Klemme 22 gebracht werden, d. h. hier

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auf -12 Volt. Damit ist der Eingangs-Knotenpunkt 24 gegenüber der Auswirkung der Durchleitung von positiven Signalen weniger empfindlich und er bleibt weiterhin ausreichend negativ, so daß der FET Q2 bis zum Beginn der 0j-Zeit eingeschaltet bleibt. Zu dieser Zeit wird der PET QA eingeschaltet und verbindet über seine Ausgangsschaltung den Eingangs-Knotenpunkt 24 mit der positiven Klemme 26, so daß der Eingangs-Knotenpunkt 24 auf positives Potential gebracht wird. Zur gleichen Zeit wird der FET Q3 eingeschaltet, so daß der Ausgangs-Knotenpunkt 12 mit der positiven Klemme 26 verbunden und auf seinen positiven Arbeitspegel gebracht wird. Damit wird beim Beginn der 0,-Zelt der Signalpegel am Ausgangs-Knotenpunkt 12 positiv, nachdem er, wie gewünscht, vom Beginn der ^₁-Zeit bis zum Beginn der 0,-Zeit negativ war. Der Eingangs-Knotenpunkt 24 bleibt über die Ausgangsschaltung des FET Q5 während der 0^-Zeit mit der positiven Klemme 26 verbunden, so daß der FET Q2 ausgeschaltet bleibt, bis danach der Eingangs-Knotenpunkt 24 bei der nachfolgenden ^₁-ZeIt auf seinen negativen Arbeitspegel gebracht wird.

Die Art und Weise, in der die Taktsignale 0^ bzw. ^2r^{an den} r-> Knotenpunkten 18 bzw. 20 erzeugt werden, dürfte aus der obl- ^JC gen Beschreibung der diese Signale erzeugenden Schaltungen hinreichend klar sein.

Der erflndungegemäße Taktgenerator erzeugt also intern zwei überlappende Taktsignale und erzeugt ferner intern im Intervall zwischen den Eingangs-Taktsignalen ein drittes Ausgangssignal. Eines der überlappenden Taktsignale wird mittels einer Clamping-Elnrichtung während des Intervalls zwischen den beiden Taktsignalen auf seinem negativen Arbeltspegel gehalten. Die Olamplng-Einrichtung wiederum wird dadurch in ihrem

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leitenden Zustand gehalten, da 13 der Knotenpunkt der Schaltung, der das Steuersignal für die Olamplng-Einrichtung zuführt, ebenfalls für diese Clamping-Funktion fest auf seinem Arbeitspegel gehalten wird. Dieser Aufbau garantiert bei Anforderungen hinsichtlich der Belastbarkeit und der Frequenz der Taktschaltung, bei denen sonst infolge der Signaldurchleitung von den Lastschaltungen fehlerhafte Taktsignale erzeugt würden, daß die durch die Schaltung erzeugten Ausgangs-Taktsignale für die gewünschten Zeitintervalle auf ihrem richtigen Arbeitspegel liegen, stabil bleiben und durch die Belastungsbedingungen im wesentlichen nicht beeinflußt werden. Die Ausbildung des Olamping-Widerstandsbereiches auf dem gleichen Plattchen aus Halbleitermaterial auf dem die übrigen Komponenten der Schaltung ausgebildet sind, ermöglicht eine Verbesserung im Betrieb der Schaltung durch verhältnismäßig einfache und billige Maßnahmen, die verhältnismäßig geringfügige Änderungen des Halbleitermaterials erfordern. Bas Plättchen aus Halbleitermaterial, auf dem die Schaltung ausgebildet 1st, kann ferner mehrere Lastschaltungen aufweisen, die die Taktsignale empfangen. Die Schaltung kann die Taktsignale einer großen Anzahl von Lastschaltungen bei höheren Taktfrequenzen zuführen, als dies bisher möglich war. Sie arbeitet ferner zuverlässig und die erzeugten T_aktsignale weisen die gewünschte Größe, Richtung und Stabilität auf.

Patent jtnsprüohe

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Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE

1. Taktgenerator zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit einem ersten und einem zweiten Pegel aus einem ersten und einem zweiten sequentiellen Eingangssignal mit einem dazwischenliegenden Zeltintervall, mit einem Eingangs-Knotenpunkt, einem Ausgangs-Knotenpunkt, an dem das Ausgangssignal erzeugt werden soll, mit einer ersten, negativen, und einer zweiten, positiven Spannungsquelle mit dem ersten bzw. zweiten Pegel, einer ersten Schalteinrichtung, die bei Ihrer Betätigung den Ausgangs-Knotenpunkt mit der ersten, negativen Spannungsquelle verbindet, mit einer Einrichtung zur Betätigung der ersten Schalteinrichtung während des ersten Eingangssignals, mit einer Olamping-Einrlchtung, deren Steueranschluß mit dem Eingangs-Knotenpunkt verbunden 1st und die bei „Ihrer Betätigung den Ausgangs-Knotenpunkt mit der ersten, negativen Spannungequelle verbindet, gekennzeichnet durch eine leitfähige Einrichtung (28), die Im Intervall zwischen dem ersten (0y ) und zweiten Eingangssignal (jiz) ^den Eingangs-Knotenpunkt (24) mit der ersten Spannungsquelle (-) verbindet und durch zweite Scnalteinrichtungen (Q3, Q4), die als Verbindung zwischen dem Eingangs-Knotenpunkt (24) und dem Ausgangs-Knotenpunkt (12) mit der zweiten Spannungsquelle ( + ) wirken, um so die erste Schalteinrichtung (Q1) abzuschalten und während des zweiten Bingangsslgnals(0-j) den Singangs-Knotenpunkt (12) von der ersten Spannungsquelle (-) zu trennen und den Ausgange-Knotenpunkt (12) auf den zweiten Ptgel (+) zu bringen.

2. Taktgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS dl· leitfähige Einrichtung (28) einen Widerstand (28) aufweist, dessen Widerstand grö-Ser ist als der Widerstand der zweiten Sohaltelnrichtungen (Q3, Q4) im 1eitfähigeη Zustand.

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3. Taktgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltung auf einem Plättchen aus einem Halbleiter-Substratmaterial eines gegebenen Leltfähigkeitetyps ausgebildet 1st, wobei der Widerstand (23) durch einen Bereich des Halbleitermaterials auf dem Plättchen bestimmt 1st, dessen Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt 1st dem Leitfähigkeitstyp des Substratmaterials.

4. Taktgenerator nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die zweiten 3ehalteinrichtungen (Q3» Q4) einen ersten Schalter (3) aufweisen, der zwischen dem Ausgangs-Knotenpunkt (12) und der zweiten Spannungsquelle angeschlossen ist und bei seiner Betätigung den Ausgangs-Knotenpunkt (12) mit der zweiten Spannungsquelle (+) verbindet, um so den Ausgangs-Knotenpunkt auf den zweiten Pegel (+) zu bringen und daß die zweiten Schalteinrichtungen (Q3, Q4) einen zweiten Schalter (Q4) aufweisen, der zwischen dem Eingangs-Knotenpunkt (24) und der zweiten Spannungsquelle (+) angeschlossen ist und bei seiner Betätigung den Eingangs -Knotenpunkt (24) mit der zweiten Spannungsquelle (+) verbindet um so den Eingangs-Knotenpunkt (24) auf den zweiten Pegel zu bringen, wobei der «rat· und der zweite Schalter durch das zweite Eingangssignal betätigt werden.

5. Taktgenerator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen dritten Schalter (Q5), der zwischen dem Eingänge-Knotenpunkt (24) und der zweiten Spannungsquelle (+) angeschlossen 1st und bei seiner Betätigung den Eingangs-Knotenpunkt mit der zweiten Spannungsquelle verbindet, und durch Einrichtungen zur Betätigung des dritten Schalters (Q5) im Intervall zwischen dem zweiten eingangssignal (#3) und dem nächstfolgenden ersten

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Eingangssignal (0^), um so den Eingangs-Knotepunkt (24) während des letzterwähnten Intervalls auf den zweiten Pegel (+) zu bringen.

6. Taktgenerator nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet daß die Betätigungseinrichtung» einen zweiten Ausgangs-Knotenpunkt (30), Einrichtungen zur Erzeugung eines zweiten Ausgangssignals (0^) am zweiten Ausgangs-Knotenpunkt (30), da· beim Beginn des zweiten Eingangssignals (0-,) beginnt und beim Beginn des nächstfolgenden ersten Eingangssignals (0^ ) endet, und Einrichtungen zum Anlegen des zweiten Ausgangssignals (0^) an den dritten Schalter (Q5) aufweist, um so den Schalter (Q5) zu betätigen und den Eingangs-Knotenpunkt (24) während des zweiten Auegangssignals auf den zweiten Pegel (+) zu legen.

7. Taktgenerator nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen dritten Ausgangs-Knotenpunkt (20) und durch Einrichtungen zur Erzeugung eines dritten Ausgangssignals (#_2x) ^am dritten Ausgangs-Knotenpunkt (20), wobei die letzterwähnten Einrichtungen eine zweite leitfähige Einrichtung (36) zur Verbindung des dritten Ausgangs-Knetenpunktes (20 ) mit der ersten Spannungsquelle (-), und einen vierten (QiO), fünften (Q9) und sechsten Schalter (Q8) aufweisen, die jeweils durch das erste (0^), zweite Eingangssignal {0-,) bzw. das zweite Ausgangesignal (0^) betätigt werden und bei ihrer Betätigung den dritten Ausgangs-Knotenpunkt (20) mit der zweiten Spannungsquelle (+) verbinden.

Ö. Taktgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite leitfähige Einrichtung aus einem zweiten Widerstand (36) besteht.

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9* Taktgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Widerstand (36) durch einen zweiten, auf dem Plättchen ausgebildeten Bereich aus Halbleitermaterial gebildet 1st.

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