DE2029566A1 - Schieberegisterstufenschaltung - Google Patents

Description

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Sohl o"ber ©gi sterstuf ©neobal tung

Me Erfinteg betrifft eine ScMeberegi»tere1ai£m©citelt!iag für du Schieberegister mit mehreren hintereinander gesolieltetea solchen Stttfeneohalttuigen* die föehi'ph&ciig 'bttrietea ist u&ö mehrer® mit ?eldeffekttraaeietoren betrieben® geeonaltete

Bei «Invr bekannten Soha>l-kmg üeeer Art ftr eweipliaeigeii Ii- -tr£«b_f oiiid insgeiaat seohe transistoren Tor®oaeten» τοα fwei i'oreohaltungen gwtoonen den Inverteritufen bilden» dio beiden irorgestnenen InTerterstufen «ind je awei fran§i#toren

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vorgesehen. B©i Betrl@h ©ntgt©nt ®ia man dl© beitos. XsaneietOBeti ©irnfa Zinre&tsi&iföi&ae gleiofrsei tig eingeschaltet eind· ■ Abgesehen toron, muss· Sex eine Tranole tor eines ^eden Xavert©r&r©iaes wee@nili©li größer ausgestaltet sein als cta ©scler©» eo. Säes man, w©na man diese, bekannt® Selialtiug atsf @!&®m H^lilsitefblattuheii @la integrierte Schaltung wzTviiMLivh.vsi «ill,- soä^ id@l Flatss in der Oberfläone äes Halbleii@£@l@m©ßt®s

sind

genannten Art bekannt
Betriebszyklias fceadtigeÄ tnagen ©rforte»«
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den_s wie

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.nannten Art so ansauge β ts1lt@fi aöglicnet w©

platzbedarf ale integslest©© S^telLfelfSiet easf ©ine leit®rblättoh®a

Io Erfindung ist daiore& gotamsoiGtoe^oGoo ®;oi kreis© vorgeeetoii elai sit Jo o£.!iicn VotaoSPoh^^cmolotoy

pulae wlü tinea SoÄÄt^jaotoi ioa geeotaaltet ±&t₉ onA iiecüoa S'isao letsten Inrovtos^raiau oa d©r* Πγ&χ^Ι^©^ τη ücq " gehenden-liiv©3Pt«i»ki?®i so,! wⁿ 'Vj* Aod or einen vorg®s©Ätn®a Sißß^^ nit Je einem «itsöheii entern

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zweiten Ausgajigeaneohluss des dem betreff enden Inverterkreis zugeordneten fak timpul sgenerator β und dan Schal tkntstesr des zugehörigen Inverterkreises für die Saktüapulee dee zugeordneten T äktinrpul sgenerator a durchgängig gepolten <ftelehrlchter~ element, und dass der Knoten des letzten Inverterkreises an einen vorgesehenen Slgnallmpulsauegang angeschlossen ist, und dass die faktimpulee der drei !Faktimpulsgeneratoren in der Reihenfolge der Hintereinanderschaltung ihrer zugeordneten Inverterkreise drei Betriebephasen einleitend mit zeitlichem Abstand aufeinander folgen«

Die Erfindung kann mit Dioden als Olelohnehterelementen wirklicht werden. Vorzugsweise wird sie Jedoch mit Feldeffekttransistoren als Gleiohriohtereleoiente verwirklicht, deren Steuerelektroden mit an die zugehörigen AusgangsanschlüSBe des zugeordneten Taktimpulsgenerators angesohlossen eind. In einem solchen Fall können alle sechs Feldeffekttransistoren im wesentlichen gleichartig sein und gleichartige Charakteristik haben, wodurch die Herstellung wegen der damit verbundenen Vereinheitlichung, insbesondere im Falle der Texwirkliohung als integriertes Schaltelement wesentlich vereinfacht wird· B as gilt insbesondere, wenn man ein Schieberegister aus mehreren Stufenschaltungen naoh der Erfindung als integriertes Schaltelement herstellen will.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt »

Figur 1 die Schaltung einet ersten Ausführungsbelepiels

naoh der Erfindung,

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Figur 2 ein

aiaete Figur 1' und

Figur 3^ ein sweites toefHhroagsbeispiel nach äer

Erfindung nit einer*

In Figur 1 si'&I ait 2 bi® 4

Der Xnvertarlcreis S weist «si ₉

auf, die ia Serie a» eia€M sclaltlast« 11 ®ig©selil©ss«L slnfl· Die steuerelektrode 5 «ies ffassistei^s fi 3.4®gt a® eielrtraie des ^raasistojes T1 Bad aa eiadi» iiipiilsfe Spamaiiafsfaeii,·! ^1» Die CÄeil©ffi©l(i&ty@sfe 7 um® AisisistoFs T2 liegt aa einer atmitea

Die beiden Spansnm^

Taktget5er„ de? nie&t da2^©st@13.t ist»

An die Steuerelektrode S
potential, das amsreielätp i©a »atisiist®!? S¹ ten. Die steuerelektrode B wird torn elias¹ S speist, die beispielsweise binäre Bat@»sifaal@ «..die Steuer- ■ elektrode 8 abgibt. Der ÄscWmss te Stei€r©iektr©fc- 8 an die Signal quelle 9 ist feier ma? beispielsweise ©infeaeic&aeti, stattdessen kann die Steuerelektrode 8 ies ftmsistors T2 euch aa um Ausgang einer Scnieberre§ist«r»fttf« sag©sc&l©ssea SeIa₈, die ge-' nauso ausgebildet ist wie in

Der Invert®rio?eis 3 weist die »«isistoim fs wM W auf, äie in Reihe an eitten ScMalttooten 112 aageaefetosöegä oiiod. Die Steuerelektroiü Io des
elektrode 11 dieses

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BAD

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sind an eine iapulsbetriebene Spannungoguelle $2 aagesöhloeeen· Me Quellenelektrode 12 dee !Transistor» £4 let ebenf8UIi an eine intpula"bötriebene SpannuagSQUelle φ2 angeschlossen» Μ® Steuerelektrode 13 des transistors f 4 liegt am So3M&t$oMi»n Ul des Inrerterkreiees 2»

Bor Inirerterkreie 4 weist die !Pransistoren ff und §6 auf₉ äi© in Beine geschaltet an einem Sohaltknoten H3 liegea. Me Steuerelektrode 14 des Transistors f5 let mit der Senkenelektrode 15 verbunden und diese "beiden Elektroden liegen, an einer isrpulebetrielmaeA Spaimungecjuell© Φ3» ΊΆ® Quellenelektrode des franeietore TS liegt an der gleichen betriebenen Spannungeqtttelle Φ'.3^ Μ® Steuerelektrode dee fransietore T'3 iet an dea
3

Die beiden Spamtungsquellen Φ1 bilden mit den sugeMSfifen ge» ~ aeinsainen Taktgeber einen Taktimpulsgenerator mit zwei getrenn« ten durch die Spanramgsquellen $t symbolisierten Ausgängen» Entsprechendes gilt auch für die Taktiopulsgeneratoren äer anderen xnverterkreise,deren getrennte AusgHnge dureh die span-» nungsquelleit ö2 besiehungsveise Φ3 symbolisch dargestellt sind.

la-oh Figur 1 ist an den Sohaltknoten S3 ein Ausgang.- IB ao.-geeohloeeen» Der Auegang 18 kann <ü© SteuerelektTOde des ersten Xnverterkreises einer nachfolgenden Eegiisters-tofe sein, die genauso ausgebildet let wie die in figur 1 dargestellte» oder . eine andere Sonaltvorrlohtung_y die ein«.- tow« abgeschaltet «ird neon Haaegabe des AuegangspotentisXo am Sohalttoot®n 13. '

&m ?elde£f»kttransietoren handelt ee eloh m bekannt® , wm Beispiel können eisitliohe Veldeffekt-

traaaistores npn-Traniietoren sela, die leitend werden, wenn an de» Stener«l*lctTod® eine SjMwsnuag liegt« die itttoker positiv

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BAD QB|<3JliJAL ,

ist ale die Senkenelektrode

transistören aeia® negative anegetai») aprecgiafide InakttOA wi@ τοπ ausgegangen;, ame !Eraneißtoren

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oder die

α¹ oo ip tos Woiso

Μ.© Transistoren fi Μ® etellt sein» 3tes I asm daa© ©in Substrat c^se Geawiaiiiwm OSes? etne*3 <?ffiaorr*

mit einer Isölieid-alic^l? αιε ^j

oder S±llsI«"Uiija 3 ^%uicMöMd^a τΙλοΙ ΠΙ S Co

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erzeugt eiiid, •preeliiande ötfamagea ies» und die Qn@llmelel:^EiiroS@ wird eatspyeeJMÄCl JUer^sotollt .gestellten

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duroli positive elektrode. - --.eia an, äos? Slomero^oH-scio

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Transistor let abgeschaltet und bildet eine hohe Impedanz zwischen Quellen- und Senkenelektrode* Alle in Figur X darge*· a teil tor. Translatoren können auf dem gleichen Substrat hergestellt sein, auf dem um die 3ch&l1r?erbindimgen swisohen den einseifen franeietorsA himiMtellta, dann Leitungen, du£©h oberflächliche Metallisatloa aiifgebriiAt werden klai&ea· Man kann sogar eint grusesr« AjunftL Töreefciebei'egietöratuf ©n, derart» nie sie in figur 1 dargestellt iet, auf eisern einzigen Halbleiterblättchen nach den für die Herstellung von Feldeffekttransistoren eben erläuterten Prinzipien erzeugen, und auf diese Weise Yersohieberegister herstellen, die aus einem eineigen Halbleiterblättehen bestehen und hunderte von Begisterstufen aufweisen» Me vrasenili&he jügensohsf% die PoIdeffelcttransistoren für dynamisohe Sonieoeregieter geeignet maohon» liegt darin, dass solohe transistoren in der l>age sind, ladungen an der Steuerelektrodenk&pajii^t ma. speichern· Mos hat seine Ursache darin» dass {sidsdtien der Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors und dem Senken—und Quellenbereicth Isoliermaterial gelegen ist·

Die Arbeitsweise der Schaltung nach. Figur 1 wird icnui anhand des Xtapulsdiagraoras nach Figur 2 näher erläutert, wobei davon ausgegangen wird, dass die in Figur 1 dargestellte Regioterstufe 1 die erste Stufe eines mehrstufigen Registers ist, dessen einzelne Stufen so ausgebildet sind, wie die in Figur dargestellte» Wenn kein Taktimpuls und kein Informationsimpuls an der Schieberegisterstufe 1 liegt, dann sind alle Steuerkapazitäten der Transistoren Tl bis Φ6 entladen. Die Transistoren Tl bis T6 sind, wie bereits bemerkt, αρ&- Transistoren und haben im wesentlichen identische Charakteristik. Die impulebetriebene Spannungequelle $1 wird nun angestoßen und erseugt einen Spannungsimpuls 2o, der an den Inverterkreis 2 gelangt· Dieser Spannungiimpul» 2o schaltet

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don !Transistor EL sin imd lädt dos !Translators $4 Über tea kreises 2 auf« Sobald der transistor η n®&®r al» trag für die in der T4 geapftiOiart© Iiaiwig aas

21 yozU.egt₉

unbediitgt Sie §ttu«?«Xeletrode 3®hÄ1te©t«s. II des lnir®rtee:^» 2© abfällt, eohaltet iss?

ölofctrod® 8 den fy®ii®i®to» eietoj? T2 Wldat

«eil die
Maaeenpotößttal l)@fiiidet· datse die»© Eatiadimg d®y

ttber den Irauisistor 12 ia latervall siäeotoa swei ptü.8«n von den %aaimag®fttellea φΐ Hai ^2 e»f@lgt ein HnetiiAd, der für itt Beüarte'feeip.iielwlAfii^öät van iet. Bei dem bekannten sweipliiilgeft und

register» um ©ingaagf exttvtesft Tafct- oder PnaeeaiD^iiles, ei die

der !üransistonui geepeiotertt Xeamg fitaisiflltoefio Se eel

darauf hingeidefleii_r daie dev epieleweise eine binäre Sine elektrode 13 doe- 'fransiiitöre f4 in tiele auftaucht· Die Xnfotta

▼on einen Xnverterkreis ras aäühetea tnmttl®T$e -Sin linärer Binessustand am SingajKg der SoMebevegtetevitjBf©' %

einen binären Hulleuetand @m kreiees der ScMeberegieteffetefβ Ϊ fflationeiarpule 21 ist in Figo* 2 erforderlich let tor die genannte Funktion; !«gestellt Infoimationeimpul« 21 temi star ffiuoh Ι&ιβϋ? Taktlmpuleo 2o und 22 üfeex»äa$if><iA_$ oimt dssi Betriebeweiee der Begieteretufm

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unbedingte

Bie!Aufladung der Steuergltterkapaait&t ds» Translators Ϊ4 und Entladung über den Transistor T2 haben stattgefunden, bevor der Taktlspula 22 der impulsbetriebenen Spannungsquelle $2 an den inverterkreis 3 gelangt» Buroh diesen Impuls 22 wird der Transistor T3 eingeschaltet, woduroh die Steuerelektrodenkapaaitöt des Transistor» Έ6 über den Knoten N2 aufgeladen wird. Während der Bauer des Taktimpuls©e 22 bleibt der $ransistor $4 abgeschaltet, weil das Potential der Stsuerelektrode&kapasität im wesentliohen Maeeonpotontial ist. Wenn i®r taktimpuls 22 beendet ist, befinden sich die beiden Transistoren Φ3 und Φ4 in abgesohaltetes! oder nicht leitendem Zustand» so dass die Ladiing der Steuerelektrodenkapasität des fransistors f6 über Bwel hohe Impedanzen an Massenpotential liegt· Mq Folge ist» dass die Steuerelektrodenkapasität des Transistors T6 aufgsladen bleibt auf einem Spannungewert entsprechend dem Taktimpuls 22· HeT Xnformationelmpuls an der Steuerelektrodt des Transistors 36 ist gegenüber dem der Steuerelektrode 13 des !Transistors T4 invertiert» mithin also doppelt invertiert oder der gleiche nie der Informationsiispuls der an die Steuerelektrode 8 des fransistors $2 gelangte»

Sun gelangt der Taktimpuls 23 der impulegesteuerten Spaamingsquelle Φ'5 an den Xnverterkreis 4 und schaltet dort die fran« sifftoren 95 und ϊ6 an_f da an den Steuerelektroden 14 und 17 bew» den Elektroden 15 und 16 dieser f raaeietoren posi*

tivee Potential vorliegt« Die Folge ist» dass am Ausgang 18₉ bei dem es sich um die Steuerelektrodenkapazitilt eines fran-•istov« des ersten Xnverterkreises einer nachfolgenden SoMe«- beregivterstufe handeln kann» über die Transistoren $5 und f6 und den 0ohaltknot«a S3 aufgeladen wird. Wenn der taktimpuls S? beendet ist» gehaltet der frantlstcr 15 ab, ftber der franti*tor T6 bleibt tingeschaltet, du seine Steu«rtlelctirod®j^» etm auf das Potential des $akti»pulte· 22 aufgeladen

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1st und an dae Potential dee iJalctimpiilaes 23 vom Ausgang 18 ner au Knoten 13 vorliegt. Μ® M?©i»ttiMÄßfil»g a Amsgang 18 entlttdt sdoh al@@ liter dem fveaeietw iö l& te® Blasienpotintial* Wenn ee ed oh bei dem Ausgang 18 ua dl® te Steuerelektrode S Gntffip3MJK3hfn.de Steuerelektrode ©in« AAehf olgeAden Begileterstaf©

des an diese Stuf®

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In eAt^pveoAOAAev feieo_fwio te FA? o_c i^se <rla Eins ©ntep3p©©a«ß<Sey Sigßia31%¥Xo vosa ülc¹^ Steueyelektroit gfi»1®ngt₅ αι·4 c*q©^ bei o alio bei Maeienpoteattol,, ca i^es S^oiieAleIt^ooo 8

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Eegisterstufe 1 eine Invertierung vorgenommen und dieser binäre Hullimpule erscheint el· Impuls am Ausgang 13» dessen Spannungewert etwa, dem de· Taktiapulece 23 güöiaht»

Naoh der Erfindung werden also mindestens drei Inverterkreise benötigt, um einen Bit vom Eingang sum Ausgang durchlaufen au lassen« Wenn man sum Beispiel nur «wei Inverterkreise und «wei impulsbetriebene Spannungsquellen Φ1 und $2 verwendet, dann wird eine Information, die am Knoten des swei ten Inverters gespeichert «erden soll» duroh einen Taktimpuls sus der Impuls» gesteuerten Spannungsquelle Φ1 sersturt« Wenn nur die Inverterkreise 2 und 3 vorgesehen eind, kann sioh folgendes ergeben* Es sei angenommen, dass der Sohaltknoten 12 aufgeladen ist und nach dem Bade des Saktimpulses sus der impulsgesteuerten Spannungequelle Φ2 in diesem Zustand bleibt, und &*ss die impulsgesteuerte Spannungsquelle Φ1 erneut aktiviert ilrd, um eine Information in den Inverter 2 su bringen. Hierduron wird der Schaltknoten Hl des Inverters 2 aufgeladen und die Information, die in form einer ladungsspeicherung an dem Sohaltknoten N2 vorliegt, flieset aber den Transistor Ϊ4 auf Maeeenpotential ab, weil positives Potential an der Steuerelektrode 13 und am Sohaltknoten 12 vorliegt· Wenn der Schaltknoten H2 auf Hassenpotential liegt, wird die Information nicht serstört, dagegen wenn der Sohaltknoten 12 auf höheres Potential geladen ist, wird durch einen Taktimpuls aus der impulsgesteuerten Spannungsquelle $1 diese Information über den Üransistor T4 in das Massenpotential entladen und damit geleecht. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass eine Tielsahl von identisohen Inverterkreisen, die jeweils identische Sranaistoren aufweisen, in diesem Zusanmenhang verwendet werden können, sie beruht darauf, daß die Schaltknoten der Inverter wMJirend der zugehörigen Taktimpulse unbedingt aufgeladen werden und während des Takt-

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impulslntervalls bedingt entladen werden, wobei Störung bsw· Löschung der durch diese Ladung niedergelegten Informationen in benachbarten Invert@rlpp®i®©n durch Hinsufügen eine« dritten Xnverterkreises und Ts&tUiterv&lles v^msieden wird. W@m man eich nach diesem Koneept richtet» kann die an den ersten In« verterkreis angelegte Spannung nicht die suvor eingegebene Information lueohen. Sie Erfindung enaöglioht es, die Fabrikation ▼on Sehieberegisterstafen und danit von gansen Schieberegistern wesentlich au vereinfachen und gelangt au Schieberegistern, die sehr viel schneller betrieben werden können als solche bekannter Art· Auoh ist die Verlustleistung gegenüber bekannten Schieberegistern wesentlich geringer» Bei bekannten Begisterstufen ist ein Zweiphasenbetrieb mugüch, aber dies erfordert euäätslioh Übertragungen oder Xsolationetorsohaltungen» die die dohieberegisterstufe verteueni und eine wesentlich grddere Fläche des Halbleiterblättohems art ortern ale Schaltungen nach der Erfindung und geringere Schaltgeschwindigkeit und höhere Verlustleistungen als Schaltungen naeh dor Erfindung bedingen«

Nach Figur 3 sind in der Sohieberegleterstufe 1 au® Figur 1-die drei Traneistoren TI« $3 und $5-»durQh drei Moden IXL, S3 und D5 ersetet. Da es sich bei Dioden üb Elemente handelt, die, wenn sie rorwärtig vorgespannt sind, eine niedrigere Xmpedane haben, dagegen wenn sie rückwärtig vorgespannt sind, eine hohe Impedans haben, ergibt sioh in Verbindung mit den iupulsgeeteuerten Spannungsvollen ξίΐ bis $3 die gleiche Arbeitsweise wie bei Verwendung der transistoren 2*1, f3 und Ϊ5* Durch den Taktimpuls 2o aus der loqpulsgeeteuerten Spanmmffsquelle φΐ, wird der Knoten Hl unbedingt in der gleichen Weise wie der Knoten Hl ans Figur 1 aufgeladen. IXLe Arbeitsweise der au» einer Diode und einem Feldeffekttransistor gebildeten Inverter* kreise nach Figur 3 ist im übrigen exakt die gleiche wie die der Inverterkreise nach Figur 1.

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Die Quellenelektroden 7» 12 und 16 der Transistoren T2» T4 und T6 sind nach Figur 3„ wie gestrichelt eingezeichnet» über Leitungen 31» 32» 33 an Kassenpotential angeschlossen· Diese Anschlüsse' entsprechen einer abgeänderten Ausgestaltung, bei der die Leitfähigkeit der Dioden Di, D3» DS wesentlich größer sein muss ils die des zugehörigen Transistors T2, T4 beziehungsweise T6» um sicherzustellen, dass der Knoten NI, N2 beziehungsweise H3 sich aufladen kann, dass also die Steuerelektrodenkapazität beispielsweise des Transistors T4 wahrend des Taktimpulses 20 unbedingt aufgeladen wird* Bei dieser abgeänderten Ausgestaltung ist die Ladung der Taktimpulse etwas größer als bei der nicht abgeänderten Ausgestaltung, die also nicht die Verbindungsleitung 31» 32» aufweist, weil während der Taktimpulse Gleichstrom abfHessen kann. Die Arbeitsweise kann bei dieser Abänderung aber noch schneller sein, bedingt durch die geringere Impedanz der Dioden und der Oberflächenbereich des Halbleiterblattchens, der für eine Registerstufe benötigt wird, wird auf diese Weise noch kleiner.

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Claims (2)

1. mein® Akt« 8 J IJ 911 Book@t s 10968 - Io5

   mehreren hintereinander die

   aufweist«
   kreise (2,9_V4) voffgeeefe« sind mit J® ein» MAeffekt»

   eine« dem betreff ©Men

   knotcwi (H) 'des betreff ©Mao, und dessen Steuerelektreä© InTOTterkreie® an Torauf gehenden kreis an einen sohlossen ist, und »it

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   - 2 - ' ^ t) P 15 911/Y0968-1O5

   ersten betriebenen zweiten Auegan ge an β chlus a dee dem betreff enden Inverterkreie zugeordneten Taktimpulegenerators (φΐ ...)und dem Schal tknoten (Nl...) des zugehörigen Inverterkreises für die Taktimpuls© (2o,22,23) des Bilgeordneten Taktimpulsgenerators &!...) durchgängig gepolten Gleiehriehterelement, ;, und daas der Knoten (A3) dee letzten Inverterkreises an einen vorgesehenen Signalimpuleausgang (18) angeschlossen ist, und dass die Taktimpuls« (2o,22,23) der drei Taktimpulsgeneratoren ^l, Φ2, Φ3)ΐη der Reihenfolge der Hlntereinandersohaltung ihrer sugeordneten Inverterkreise drei Betriebsphaeen einleitend alt seitliche« Abstand aufeinander folgen*
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterelemente Dioden (Hfl, D3♦ D5) sind.

   3· Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eieichrlohterelemente Feldeffekttransistoren (T1,T3,T5) sind, deren Steuerelektroden (5»lo«14) mit an den sugeordneten Au8gangsansohlu8S des zugeordneten Saktimpulsgenerators^l·..) angeschlossen sind.

   4· Schaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass alle sechs vorgesehenen Feldeffekttransistoren (Tl bis Φ6) im wesentlichen gleichartig sind und gleichartige Charakteristik haben.

   5· Abänderung der Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichter (D1,D3,D5) eine in Verhältnis zur Burohlasslmpedans des dem gleichen Inverterkreie angehörenden Ieldeffekttransletors niederohnig· Durohlasaimpedanz haben, und dass die drei Feldeffekttransistoren (12, T4-, T6) in Abänderung mit ihren den Knoten (M1,52,H3) gegenüber liegenden Elektroden an Massenpotentiil (31,32,33) liegen·

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