DE2118214C - Monolithic integrable Fhpflop circuit - Google Patents
Monolithic integrable Fhpflop circuitInfo
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Description
Die Erfindung betrilit eine monolithisch integrierbare bistabile Flipflop-Schaltung mit zwei gleichartig aufgebauten Hälften, die jeweils einen Schalttransistor und einen Steuertransistor gleichen Leitungstvps enthalten, deren Kollektoren miteinander sowie' deren Emitter miteinander und mit dem S-haltungsiiullpunkt verbunden sind, wobei jeweils die Basis des Schalttransistors der einen Fhpflop-Hälfte am über einen Arbeitswiderstand an Versorgungsspannung angeschlossenen Kollektor des Schalttransistors der anderen Flipflop-Hälfte hegt, wobei ferner die Basen der Steuertransistoren über jeweils eine Kapazität an einem gemeinsamen Steuer-The invention concerns a monolithically integrable one bistable flip-flop circuit with two halves of the same construction, each with a switching transistor and contain a control transistor of the same line type, their collectors with each other as well as' whose emitters are connected to one another and to the S-attitude zero point, where in each case the base of the switching transistor of the one Fhpflop half on the supply voltage via a working resistor connected collector of the switching transistor of the other flip-flop half, furthermore, the bases of the control transistors each have a capacitance at a common control
eingang angeschlossen sind und wobei der Basis-Kollektor-Strecke des Steuertransistors jeder Flipflop-Hälfte ein lineares oder nichtlineares Bauelement parallel geschaltet ist.input are connected and wherein the base-collector path of the control transistor of each flip-flop half a linear or non-linear component is connected in parallel.
Diese Flipflop-Schaltung besteht also aus zweiSo this flip-flop circuit consists of two
NOR-Stufen mit je zwei Eingängen, von denen jeweils der eine Eingang (die Basis des Schalttransistors) an den Ausgang (den Kollektor des Schalttransistors) der anderen Stufe angeschlossen ist. Der jeweils zweite Eingang (die Basis des Steuei-NOR stages with two inputs each, of which one input (the base of the switching transistor) connected to the output (the collector of the switching transistor) of the other stage is. The second input (the basis of the control
ao transistors) ist über eine Kapazität mit dem Steuereingang verbunden.ao transistor) is connected to the control input via a capacitance connected.
Damit eine solche Flipflop-Schaltung durch Eingangsimpulse sicher umgeschaltet werden kann, muß durch zusätzliche Schaltungsmaßnahmen dafür gesorgt werden, daß für den Umschaltvorgang die Information über den bisherigen Schaltzustand derart an den Kapazitäten gespeichert bleibt, daß sie auf unterschiedliche Potentiale aufgeladen sind, so daß die Basen der Steuertransistoren sich in unlerschiedlichen Vorbereitungszuständen befinden.So that such a flip-flop circuit can be switched over safely by input pulses, must be ensured by additional circuit measures that for the switching process the Information about the previous switching status is stored in the capacitors in such a way that they are charged to different potentials, so that the bases of the control transistors are in different Preparatory states are.
Nach dem Stand der Technik kann dieser Vorbereitungszustand dadurch erreicht werden, daß der Basis-Kollektor-Strecke des jeweiligen Steuertransistors ein lineares oder nichtlineares Bauelement parallel geschaltet ist. So ist etwa nach der französischen Patentschrift 1548137 hierfür ein hochohmiger Widerstand vorgesehen. Nach der deutschen Auslegeschrift 1295 001, der deutschen Offenlegungsschrift 1762 914 und der schweizerischenAccording to the prior art, this preparatory state can be achieved in that the Base-collector path of the respective control transistor is a linear or non-linear component is connected in parallel. For example, according to French patent specification 1548137, this is a high-resistance one Resistance provided. According to the German Auslegeschrift 1295 001, the German Offenlegungsschrift 1762 914 and the Swiss
Patentschrift 495 661 kann jedoch auch eine Halbleiterdiode als der Basis-Kollektor-Strecke des Steuertransistors
parallel zu schaltendes Bauelement vorgesehen werden. Ferner ist es auch möglich, nach
der schweizerischen Patentschrift 493 878 oder der deutschen Offenlegungsschrift 2 008 147 der Basis-Kollektor-Strecke
des Steuertransistors die Emitter-Kollektdr-Strecke eines zusätzlichen Transistors vom
Leitungstyp des Steuertransistors parallel zu schalten, wobei im Falle der zuletzt genannten schweizerischen
Patentschrift die Basis dieses zusätzlichen Transistors am AbgrifTpunkt des in zwei Teilwiderstände aufgespaltenen
Arbeitswiderstandes der zugehörigen Flipflop-Hälfte angeschlossen ist, wahrend nach der
zuletzt genannten deutschen Offenlegungsschrift die Basis des zusätzlichen Transistors mit einem konstanten
Strom gespeist wird, so daß dieser Transistor dauernd in Sättigung betriehen wird. Schließlich
schlägt die ältere Anmeldung P 19 63 225.8 der Anmelderin vor, der Basis-Kollektor-Slrecke des
Steuertransislors die Emitter-Kollektor-Strecke eines komplementären zusätzlichen Transistors parallel zu
schalten, dessen Basis mit der Basis des Schalttransistors derselben Flipfiop-Hälfte gekoppelt ist.
Obwohl der eigene Vorschlag nach der genannten älteren Anmeldung den sonstigen genannten Vorbercitungsschaltungcn
nach dem Stand der Technik überlegen ist, ist das Potential. an der Basis des
Sleucrtransistors der leitenden Flipfiop-Hälfte undc-In patent specification 495 661, however, a semiconductor diode can also be provided as the component to be connected in parallel with the base-collector path of the control transistor. Furthermore, according to Swiss patent specification 493 878 or German laid-open specification 2 008 147 of the base-collector path of the control transistor, the emitter-collector path of an additional transistor of the conductivity type of the control transistor can be connected in parallel, in the case of the latter Swiss patent specification, the base of this additional transistor is connected to the tapping point of the working resistor split into two partial resistances of the associated flip-flop half, while according to the last-mentioned German patent application, the base of the additional transistor is fed with a constant current so that this transistor is continuously saturated will. Finally, the applicant's earlier application P 19 63 225.8 suggests connecting the emitter-collector path of a complementary additional transistor to the base-collector path of the control transistor in parallel, the base of which is coupled to the base of the switching transistor of the same flip-flop half.
Although the own proposal according to the earlier application mentioned is superior to the other preparatory circuits mentioned according to the prior art, the potential is there. at the base of the sleucr transistor of the conductive flip-flop half and c-
finiert. Aus der genannten schweizerischen Patentschrift
495 661 ist es bekannt, der Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors die Koliektor-Emittcr-Strecke
eines weiteren zusätzlichen Transistors parallel
zu schalten, dessen Basis mit der Basis des Schalttransistors derselben Flipllop-Hälfte verbunden
ist. Wie man den dort veröffentlichten Kurveubildern von an verschiedenen Punkten der Schaltung gemessenen
äpa.-nungsverläufen entnimmt, kann durch
diesen weiterhin zusätzlichen Transistor erreicht werden, daß das Basispotentia! des Steuertransistors
der leitenden Flipflop-Hälfte ein definiertes Potential annimmt, das kleiner ist als die maximale Spannung
des Eingangimpulses. In derselben Weise geschaltete der dritte Transistor mit feiner
Strecke zu den Em.tter-Kollekto NOR-Slufe
in Serie geschaltet is.
einen Transistors der NÜK-Mure im
Schalttransistors derselben
schlossen.finishes. From the Swiss patent 495 661 mentioned, it is known to connect the base-emitter path of the control transistor, the Koliektor-Emittcr path of a further additional transistor whose base is connected to the base of the switching transistor of the same flip-flop half. As can be seen from the curve images published there of the equipotentiality curves measured at various points on the circuit, this additional transistor can be used to ensure that the base potential! of the control transistor of the conductive flip-flop half assumes a defined potential which is less than the maximum voltage of the input pulse. In the same way, the third transistor is connected in series with a fine path to the Em.tter-Kollekto NOR-Slufe. a transistor of the NÜK-Mure in the switching transistor of the same
closed.
~° dieser ~ ° this r
ure im^ure im ^
an„c. to " c .
hlossen. . ßasis des included. . base of
Diese Vorbereitungsschaltung nail m ^ This preparatory circuit nail m ^
Steuertransistors der leitenden biipnop ^ ßa durch auf einem niedrigeren Föleniwi * sis des Steuertransistors der SesP Kollek-Control transistor of the conductive b iipnop ^ ßa through on a lower Föleniwi * sis of the control transistor of the S es P Kollek-
Hälfte, daß die über die in Serie Sescn<"1 Transitor-Emitter-Strecken der beiden gen«ι apazität stören erfolgende Aufladung der ni"jj* ? ,{, über Half of that on the ESCN in Series S < "1 Transitor-emitter junctions of the two gen" ι apa capacity bother taking place charging of ni "jj *? , {, about
ggp dadurch unterbunden wird, dall der ldu ^^ ^ggp is prevented because the ldu ^^ ^
Transistoren sind auch aus der genannten deutschen 15 den zweiten Transistor der NUK;?"',tIin„snuiipunkt Auslegeschrift 1295 001 und der genannten deut- leitenden Schalttransistor zum Scnauung ^ sehen Offenlegungsschrift 1762 914 lekannt, aller- abgeleitet wird. Dadurch steigt jeoocnTransistors are also from the aforementioned German 15 the second transistor of the NUK;? '' Tiin "snu iipunkt Auslegeschrift 1 295 001 and the German conductive switching transistor called for Scnauung ^ see Offenlegungsschrift 1762 914 lekannt is derived aller- This increases jeoocn.
khif d Fk verbrauch einer solchen F"PnoP"™' 5khif d Fk consumption of such a F "P no P" ™ '5
an, was unerwünscht ist Auch te.ltsi £™ des Eingangsimpulses in der oben oei ^ ^ ^ Staude;» der Technik geschilderten auf und at what is undesirable Also te.ltsi £ ™ of the input impulse in the above oei ^ ^ ^ perennial; » described art and s
leitende und die gesperrte ™Ρ"ΟΡ~" des au'f die zwar so, daß der weitaus grotste l"=· R- the conductive and the blocked ™ Ρ " Ο Ρ ~" of the au ' f in such a way that by far the largest l "= · R -
Flipflop-Hälften aufgeteilt wird, daß sowohl die in leitende Flipflop-Hälfte entfallenden Anteil - <»es ^._ gesperrtem Zustand befindliche Flipflop-Hälfte, von 25 gangsimpulses lediglich der Aufladung ,5 £ je der aus das Umschalten durch den Steuerimpuls tärcn Kapazität dient und somit ais j ^Flip-flop halves are divided so that both the part that is lost in the conductive flip-flop half - <» es ^ ._ locked state, flip-flop half of 25 output pulses is only used for charging, £ 5 each from the switching by the control pulse tärcn capacity and thus ais j ^
eingeleitet wird, als auch die leitende Flipflop-Hälftc h l h nicm opiis initiated, as well as the conductive flip-flop halves h l h nicm opi
Teil des Steuerimpulses verbrauchen. MitConsume part of the control pulse. With
ggsggs
dings ohne dali in diesen Druckschriften deren Funktion näher erläutert wäre.but without dali their function in these publications would be explained in more detail.
Ein in dieser Weise geschalteter Transistor erbringt jedoch den Nachteil, daß der über den «emeinsamen Steuereingang und die beiden Kapazitäten cingekoppelte Steuerimpuls derart auf die beiden Flipflop-Hälften aufgeteilt wird, daß sowohl die inA transistor switched in this way, however, has the disadvantage that the one over the common Control input and the two capacitances control pulse coupled in such a way to the two Flip-flop halves that both the in
fHälf Energie ™ |es fHalf Energy ™ | it
anderen Worten ausgedrückt ist also der vom Steuer-In other words, the tax
tärcn Kapazität dient und som j verloren ist, was auch als noch nicm opi gangswiderstand interpretiert weroen καιη .tärcn capacity serves and som j is lost, what also as nicm opi input resistance interpreted weroen καιη.
Demgegenüber ist der Zusatztran^'*".In contrast, the additional tranche is ^ '* ".
fid iht Btdteil der vorDtreiiuHBfid iht part of the pre-threesome
anderen Worten ausgedrückt ist also der vom Steuer ggIn other words, the tax against
eingang her gesehene Eingangswiderstand dieser be- 30 Erfindung nicht Bestandteil der kannten Schaltung noch nicht optimal, da ein Teil tung. sondern ein zur Vorbereitung men υ s i Si FliflHälf zusätzlicher Transistor, der die e.iinuu .& «At the outset, the input resistance of this invention is not part of the known circuit and is not yet optimal because it is a division. but an additional transistor to prepare men υ s i Si FliflHalf, which the e.iinuu . & «
Aufgabe des Festhaltens des Basispotentais c tenden Steuertransistors und die br"onu"* . · b e gangswiderstai.des auf die unten naher beschncLcneTask of holding the Basispotentais c border control transistor and the br " onu " *. · Be anti-gangrism.des to the circumcision below
g pg p
dieses Steuerimpulses in der leitenden Flipflop-Hälftc über die Kollektor-Emitter-Strecke des weiteren zusätzlichen Transistors nach dem Schallunnsnullpunkt abgeleitet wird.this control pulse in the conductive flip-flop half c via the collector-emitter path of the further additional transistor after the Schallunnsnullpunkt is derived.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die einaangs näher angegebene Flipflop-Schaltun^ in der Weise zu verbessern, daß die Basis des" Steuertransistors der leitenden Flipflop-Hälfte ebenfalls aufIt is therefore the object of the invention, the Einaangs to improve specified flip-flop circuit in such a way that the base of the "control transistor the conductive flip-flop half also on
il liil li
3535
Weise löst. . Ρ- H is Way solves. . Ρ - H i s
Bei einem Ausführungsbeispiel der tranuu_ g < monolithisch in einem einkristalhncnHalbkitekorpe.In one embodiment, the tranuu_ g < monolithic in a monocrystalline half-kite body.
transistors der leitenden Flipflop-Hälfte ebenfalls auf integrierter Schaltungsanordnung mit einem w einem festen und möglichst niedrigen Potential liegt 4° tungstyp des Steuertransistors kompiemenraren und daß zusätzlich diese Flipflop-Hälfte dem Ein- sistor als nichtlineares BaueIemen* .erS1D*s'",transistor of the conductive flip-flop half also on an integrated circuit arrangement with a w a fixed and as low a potential as possible is 4 ° device type of the control transistor Kompiemenraren and that in addition this flip-flop half the onsistor as a non-linear component *. he S 1D * s '",
id durch eine besonders vorteilhafte Flachenanoranunfcid by a particularly advantageous flat anoranunfc
der einzelnen Bauelemente, daß jeweils der»teuerof the individual components that each of the »expensive
gg transistor, der Schalttransistor und der £u gg transistor, the switching transistor and the £ u
dauer verlorengeht, in der der Eingangsimpuls an- 45 sistor Her einen Flipflop-Halfte sowie der i i ihi h mentäre Transistor der anderen F^«°duration is lost, in which the input pulse an- 45 sistor Her a flip-flop half and the secondary transistor of the other F ^ «°
einet gemeinsamen ^0'^/6 derart angeordnet sind, dab S ^a common ^ 0 '^ / 6 are arranged in such a way that S ^
transistor und Zusatztransistor als üblich ausgLDiiaeictransistor and additional transistor as usual excluded
RA ra t demRA advises dem
pppp
gangsimpuls einen möglichst großen Widerstand anbietet, d. h., daß in dieser Flipflop-Hälfte keine Eingangssteuercnergie während der gesamten Zeit-output pulse offers the greatest possible resistance, d. This means that in this flip-flop half there is no input control energy during the entire time
ilil
liegt. Dies ist besonders wichtig, wenn mehrere Flipflop-Stufen zu einem Frequenzteiler so hintereinander geschaltet werden, daß der Ausgangsimpuls der vorhergehenden Stufe als Eiimanesimpuls der nachfolgenden dient. " "located. This is particularly important when several flip-flop stages are connected to a frequency divider in series be switched that the output pulse of the previous stage as Eiimanesimpuls the subsequent serves. ""
Diese Aufgabe löst die eingangs näher angegebene monolithisch integrierbare bislabile Flipflop-Schaltung dadurch, daß der Basis-Kollektor-Strcckc des Steuertransistors jeder Flipflop-Halflc zusätzlich zum linearen oder nichtlinea.cn Bauelement jeweils ein Zusatztransistor vom Leitunpstyp des Sleuertiansislors derart parallel geschaltet ist, daß dessen Emitter mit der Basis des Steueitransistors und dessen KoI-lektor mit dem Kollektor des Slcuerlransislors direkt verbunden ist und daß die Basis des Zusatztransistors an der Basis des Slcuertransistors der jeweils anderen Flipflop-Hälftc angeschlossen ist. Zwar ist ails der deutschen Offenlegimusschrirt 1 °.S51)42 eine rein formal weitgehend ähnliche Flipllop-Sdialtung bekannt, bei der das Vorbercitungsnetzwerk drei Transistoren vom Lriluimstyp des Slcucrtransistors besieht, wobei zwei dieser Transistoren zu einer NOR-Slufe zusainmcngeschaltct sind undThis object is achieved by the monolithically integrable bislabile flip-flop circuit specified at the beginning in that the base-collector circuit of the control transistor of each flip-flop half is connected in parallel in addition to the linear or non-linear component in each case an additional transistor of the conductive type of the sleuertian isolator in such a way that its Emitter is directly connected to the base of the control transistor and its KoI-lektor with the collector of the Slcuerlransislors and that the base of the additional transistor is connected to the base of the Slcuertransistor of the other flip-flop half. Admittedly, a formally largely similar flip-flop series is known to the German Offenlegimusschrift 1 ° .S5 1 ) 42, in which the preparatory network has three transistors of the Lriluimtype of the gate transistor, two of these transistors being connected to a NOR gate and
Planartransisturstrukturen m emer RA ra t dem Zusatzlransislor als mittlerer nebeneinander liegen, und daß dei ^p Transistor als zwischen den "ebene™n^ ^ Strukturen von Zusatztransistor um! Sthalttransistor angeoidnete Lateraltransistorstruktur ausgemiaei im. deren Kollektorzone mit der Basiszone des z.usautransistors, deren Emitterzone mit der Basiszone aus Schalttransistors und deren Basiszone mit oxr ot.ni Steuer-, dem Schalt- und dem Zusatziransisioi gemeinsamen Kollektorzone identisch ist.Planartransisturstrukturen m emer RA ra t the Zusatzlransislor as a medium adjacent to each other, and that dei ^ p transistor ausgemiaei as between the "flat ™ n ^ ^ structures of additional transistor to! Sthalttransistor angeoidnete Lateraltransistorstruktur in. The collector region to the base zone of the z.usa u transistors whose emitter zone is identical to the base zone of switching transistor and whose base zone is identical to the collector zone oxr ot.ni control, the switching and the additional iransisioi.
Die Erfindung wird nun in Zusammenhang mit ikn in der Zeichnung dargestellten Hguren naner trläutert. ,,,·,, ι «„^ι,,η, Fig. 1 zeigt ein Pnnzipschaltoild der erhndung.-The invention will now be described in connection with ikn Hguren shown in the drawing naner sounds. ,,, · ,, ι «" ^ ι ,, η, Fig. 1 shows a pinch board of the extension.
aus 65 gemäßen Schaltung; ,from 6 5 according to the circuit; ,
F i g. 2 zeigt das Pnnz.pschaltb. d einer «1,monolithisch integrierter Technik ausgeführten Schaltung F i g. 3 zeigt in schematicher Darstellung d.eF i g. 2 shows the Pnnz.pschaltb. d one «1, monolithic integrated technology executed circuit F i g. 3 shows a schematic representation of the d.e.
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flächenlialte Anordnung der einzelnen Transistor- zugs/.eichen _ die leitende und die reehte Flipflopstrukturen der Schaltung nach F i g. 2 auf einem Hälfte, also die mit dem zweiten Index 2 der Bc-Halblciterplättclien und zugszeichen die gesperrte Flipflop-Hälfte zeigt. Ferner Fig. 4 zeigt in schematischer Weise die Schnitt- sei angenommen, daß die Spannung der Versorgungsansicht der Anordnung nach Fig. 3, wobei der 5 Spannungsquelle Uti etwa 1,5 V beträgt. Dann liegt Schnitt entlang der Linie A-A dargestellt ist. am Kollektor des Zusatztransistors Ol cine Span-Die in Fig. 1 gezeigte Flipilop-Schaltung besteht nung von 0,1 V, am Kollektor des Zusatztransistors aus zwei symmetrischen Hälften, von denen jede den 7'32 eine solche von 0.5 V, an der Basis des Stcuer-Schalttransislor 7'lt bzw. 712 und den Sleuertran- transistors 722 und somit auch an der Basis des Zusislor 721 bzw. T22 enthält, deren Kollektoren mit- io salzlransistors /"31 eine solche von etwa 0,4 V und einander verbunden sind. Die parallclgeschalteten am limitier des Zusatztransistors 7 31 eine um die Kollektoren sind über den Arbeitswiderstand/? 1 bzw. Sältigungsspannung der Kollektor-Emittci-Strecke Rl mit der Versorgungsspannung Utt verbunden, des Zusalztransislors 731 geringfügig höhere Spanwährend die pai ausgeschalteten Emitter am Schal- nung als an dessen Kollektor, also etwa 0.15 V. Der tungsnullpunkt angeschlossen sind, der mit dem 15 Zusat/transistor der leitenden Flipflop-Hälfte ist nämanderen Po! der Vrrsonuinßsspannungsquclle iden- lieh invers betrieben, d. h.. der Emitter übt die Funktisch ist. Diese Konfiguration, also eine Flipflop- lion eines Kollektors und der Kollektor diejenige Hälfte, stellt wie eingangs erwähnt, eine NOR-Schal- eines Emitters aus. Die Kollektor-Emitter-Sätligungstung dar. wobei die Basen von Steuertransistor und spannung invers betriebener Transistoren ist jedoch Schalttransistor als die beiden Eingänge der NOR- 20 sehr gering und liegt in der Größenordnung von Stufe dienen, während der Ausgang von den parallel- 50 mV.Arealial arrangement of the individual transistor trains / .eichen _ the conductive and the right flip-flop structures of the circuit according to FIG. 2 shows the locked flip-flop half on one half, i.e. the one with the second index 2 of the Bc-Halblciterplättclien and mark. Furthermore, FIG. 4 shows in a schematic way the section - it is assumed that the voltage of the supply view of the arrangement according to FIG. 3, the voltage source U ti being approximately 1.5 volts. Then section along the line AA is shown. at the collector of the additional transistor Ol cine span-The flip-flop circuit shown in Fig. 1 consists of 0.1 V, at the collector of the additional transistor of two symmetrical halves, each of which has the 7'32 one of 0.5 V at the base of the control switching transistor 7'lt or 712 and the sleuertran transistor 722 and thus also at the base of the Zusislor 721 or T22, the collectors of which with a salt transistor / "31 of about 0.4 V and connected to each other The parallel-connected at the limit of the additional transistor 7 31 one around the collectors are connected to the supply voltage U tt via the working resistance /? 1 or the Sältigungs voltage of the collector-emittci path Rl , the additional transistor 731 slightly higher span while the pai switched off emitter at the circuit - voltage than to its collector, i.e. about 0.15 V. The connection zero point, which is connected to the auxiliary transistor of the conductive flip-flop half, is the other point of the voltage squclle iden- lent inversely operated, ie. the emitter exercises the function table. This configuration, ie a flip-flop of a collector and the collector that half, provides, as mentioned at the beginning, a NOR switch of an emitter. The collector-emitter saturation represents. The bases of the control transistor and the voltage of inversely operated transistors, however, the switching transistor as the two inputs of the NOR-20 are very low and are of the order of magnitude of the stage, while the output of the parallel-50 mV.
geschalteten Kollektoren gebildet wird. Die Schalt- Wird nun an den Stcuercingang .V ein positiver transistorbasis der einen Flipflop-Hälfte ist am par- Eingangsimpuls angelegt, so wirkt dieser Impuls einallelgcschalteten Kollektor der anderen Flipflop- mal über die Kapazität Cl auf den Emitter des Zu-Hälftc angeschlossen.Zwischen dem SteucranschluB.V 25 salzliansistors 7 31 und über Kapazität ('2 auf die und den Basen der Stcuettransislorcn 7'21, 722 jeder Basis dieses Transistors 7"31 ein. Auf Grund der Flipflop-Hälfte liegt je eine Kapazität C1 bzw. C"2, symmetrischen Auslegung der Schaltung wirken ,111 über die die Eingangssignale auf die Flipflop-Stufc Basis und Emitter gleiche Amplituden, so daß sich einwirken.Zur Realisierung dieserKapa.fitälen C 1 und an dem übersteuerten inversen Betrieb dieses Tran-("2 können sowohl übliche Kondensatoren als auch 3° sistors nichts ändert, vielmehr fließt der vom Einin Fluß- oder in Sperrichlung betriebene pn-Übcr- gangsimpuls bewirkte Strom über den Kollektor ga'nte monolithisch integrierter Schaltungen vervven- dieses Transistors zur Basis des Schalttransistors 712 del werden. der gesperrten Flipfiop-Hülfte und unterstützt dort Ebenso können die in der Technik der MOS-FeId- die umschaltende JVirkung des über die Kapazität Cl elTekttransislor-Schaltungcn üblichen MOS-Konden- 35 auf die Basis des Stcuerlransistois 7 22 gelangenden sntoren Verwendung linden. Steuerimpulses. Somit geht also in der leitenden Flip-Zur Erleichterung des sicheren Umschaltern vom flop-Hälfte keine Stcuerenergie verloren wie bei den einen in den anderen Schaltzustand der Flipflop- Anordnungen nach dem Stand der Technik, sondern Schaltung dienen die beiden linearen oder nicht- durch die erfindungsgemüßc Anordnung des Zusatzlinearen Bauelemente K1 bzw. Kl, die der jewei- 40 transistors wird der auf die leitende Flipfiop-Hälftc ligen Basis-Kollcktor-Strecke der Slcuertransistoren entfallende Anteil des Steuerimpulses praktisch ver-721 bzw. 7'22 parallel geschaltet sind. Als solches lustlos zum Umschalten in der gesperrten Flipfloplincarcs oder nichtüncare«; Bauelement kann eines der Hälfte ausgenutzt. Damit wird aber insgesamt gebei der Schilderung des Standes der Technik erwähn- sehen ein Steuerimpuls geringeren Energieinhalts beten Bauelemente verwendet werden. 45 nötigt.switched collectors is formed. If a positive transistor base of one flip-flop half is applied to the par input pulse, this pulse acts on a parallel-connected collector of the other flip-flop times via the capacitance Cl on the emitter of the half-way connected. Between the SteucranschluB.V 25 salt transistor 7 31 and capacitance ('2 on the and the bases of the Stcuettransislorcn 7'21, 722 of each base of this transistor 7 "31. Due to the flip-flop half a capacitance C 1 and C respectively "2, the symmetrical design of the circuit act 111 on the input signals to the flip-flop Stufc base and emitter of the same amplitude so that einwirken.Zur realization dieserKapa f itälen C 1 and to the overdriven inverse operation of this Tran -. (" 2 Both conventional capacitors and 3 ° sistors cannot change anything, but rather the current generated by the flow-in or blocking-leakage current flows through the collector in a monolithic manner Integrated circuits use this transistor as the base of the switching transistor 712 del. the locked-Flipfiop Hülfte and supported there Likewise, the toggling of the usual JVirkung across the capacitance Cl elTekttransislor-Schaltungcn MOS condensate 35 linden in the art of MOS FeId- to the base of Stcuerlransistois 7 22 entering sntoren use. Control pulse. Thus, in the conductive flip-To facilitate the safe switching from the flop half no control energy is lost as in the one in the other switching state of the flip-flop arrangements according to the prior art, but the two linear or non-linear circuits are used by the according to the invention Arrangement of the additional linear components K 1 or K1, which of the respective transistor is connected in parallel to the portion of the control pulse that falls on the conductive flip-flop halftone base-collector path of the slave transistors. As such, listless to switch to the locked flip-flop incarcs or non-care "; Component can be half used. In this way, however, when describing the prior art, a control pulse with a lower energy content is used as a whole. 45 required.
In erfindungseemäßer Weise sind die beiden Zu- In Fig. 2 ist das Prinzipschaltbild einer in mono-In a manner according to the invention, the two
satztransistoren 731 bzw. 732 vorgesehen.deren KoI- lithiseh integrierter Weise auf einem cinkrislallinenset transistors 731 and 732 provided. Their Kololithiseh integrated way on a cinkrislallinen
lcktor-Emitter-Streckc der Basis-Kollektor-Stieckc Halbleiterkörper realisierten bistabilen Flipflop-Schal-lcktor-emitter-Streckc the base-collector-Stieckc semiconductor body realized bistable flip-flop switching
des jeweiligen Stcuertransistors derart parallel ge- lung nach der Erfindung dargestellt. Die Schaltungof the respective control transistor shown in parallel in this way according to the invention. The circuit
schaltet ist. daß der Emitter des Ziisatztiansistors 5° entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 1.is switched. that the emitter of the Ziisatztiansistor 5 ° corresponds essentially to that of FIG.
731 bzw. 7 32 mit der Basis des Steuertransistors es ist jedoch als Vnrbereitungsclcment dir komple731 or 7 32 with the base of the control transistor, however, it is complete as a preparation
721 bzw. 722 direkt verbunden ist. während die mentäre Transistor nach der älteren eigenen Anmel721 or 722 is directly connected. while the mental transistor according to the older own application
Kollektoren von Zusatztransistor und Steuertransistor dung P 19 63 225.S vorgesehen. Die VorbereitungCollectors of additional transistor and control transistor dung P 19 63 225.S provided. The preparation
ebenfalls miteinander verbunden sind. Nach der Er- transistoren 741 und / 42 sind so geschaltet, dal.are also connected to each other. After the transistors 741 and / 42 are connected so that.
findung ist nun die Basis des jeweiligen Zusatztian- 55 deren Kollektor mit der Basjs des zugehörigen Steuer-finding is now the basis of the respective additional table 55 whose collector with the base of the associated control
sistors der einen Flipflop Hälfte mit der Basis des transistors 7 21 bzw. 722. deren Emitter mit derrsistor of a flip-flop half with the base of the transistor 7 21 or 722. whose emitter with derr
Stcuertransistors der anderen Flipflop-W^ftr verbun- gemeinsamen Kollektor der zugehörigen Schalt- umControl transistor of the other flip-flop W ^ ftr connected to the common collector of the associated switch
den, d. h., die Basis aes Zusatztransistors 7 31 ist mit Stcucrtransistoren 7 11, 721 bzw. 722 und dererthe, d. That is, the base of aes additional transistor 7 31 is made up of Stcucrtransistors 7 11, 721 or 722 and those
der Basis des Steuertransistors 722 und die Basis Basis mit der Basis des Schalttransistors 711 bzwthe base of the control transistor 722 and the base base with the base of the switching transistor 711 or
des Zusatztransistors 732 mit der Basis des Steuei- 60 712 derselben Flipflop-Hälftc direkt verbunden istof the additional transistor 732 is directly connected to the base of the control 60 712 of the same flip-flop half
transistors 721 direkt verbunden Nimmt man wiederum an, daß die linke Flipfloptransistor 721 directly connected Assuming again that the left flip-flop
Durch den erfindungsgemaßen Zusatztransistor ist Hälfte sich in leitendem Zustand befindet, so liegeiDue to the additional transistor according to the invention, half is in the conductive state, so liegei
gewährleistet, daß die Basis des Stcuertransistors der am Emitter des Vorbereitungstransistor·; 741 0,1 Vensures that the base of the control transistor is at the emitter of the preparation transistor ·; 741 0.1V
leitenden Flipflop-Hälfte auf festem und möglichst an dessen Basis 0.5 V und an dessen K( Ilektoconductive flip-flop half on a fixed and, if possible, at its base 0.5 V and at its K (Ilekto
niedrigem Potential liegt. Zum besseren Verständnis 65 0,15 V, d h.. dieser pnp-TransisWir ist gesperre. Wirlow potential. For a better understanding 65 0.15 V, i.e. this pnp-TransisWir is blocked. we
sei von einem Zustand ausgegangen, bei dem die in der Zusatz)ransistor 731 nicht vorhanden, so hiinAssuming a state is assumed in which the transistor 731 in the addition) is not present, so here
der Zeichnung dargestellte linke Flipflop-Hälftc. also die Basis des zugehörigen Steuertransistors 7 21 keilthe left flip-flop half shown in the drawing c. so the base of the associated control transistor 7 21 wedge
die Flipflop-Hälfte mit dem zweiten Index 1 der Be- definiertes Potentialthe flip-flop half with the second index 1 is the defined potential
Die Potentialverhältnisse am entsprechenden Vorbereitungstransistor T 42 der gesperrten Flipflop-Hälfte sind die folgenden: Der Emitter liegt auf 0,5 V, die Basis auf 0,1 V, d. h., dieser pnp-Transistor ist völlig durchgesteuert, so daß dessen Kollektorpotential um die bei pnp-Transistoren ja negativ zu rechnende Kollektor-Emittcr-Sättigungsspannung niedriger, also auf etwa 0,4 V liegt. Der über die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Vorbereitungstransistors T 42 fließende Strom lädt demzufolge die Eingangskapazität Tl bis auf etwa 0,4 V auf. The potential relationships at the corresponding preparation transistor T 42 of the blocked flip-flop half are as follows: The emitter is at 0.5 V, the base at 0.1 V, that is, this pnp transistor is fully switched on, so that its collector potential is around PNP transistors yes negative collector-emitter saturation voltage to be calculated is lower, that is to about 0.4 V. The current flowing through the collector-emitter path of this preparatory transistor T 42 consequently charges the input capacitance Tl to about 0.4V.
In F i g. 3 ist schematisch die Anordnung der einzelnen Transistoren in einer monolithisch auf einem gemeinsamen einkristallinen Halbleiterplättchen integrierten Schaltung der Flipflop-Schaltung nach F i g. 2 gezeigt. Hierbei sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Steuer-, Schalt- und Zusatztransistor der einen Flipflop-Hälfte sowie der komplementäre Transistor, der Vorbereitungstransistor, der anderen Flipflop-Hälfte in einer gemeinsamen Isolierinsel des Halbleiterkörpers angeordnet. In F i g. 3 ist diese Isolierinsel durch die gestrichelte Linie angedeutet. Die Anordnung ist in der Weise vorgenommen, daß Steuer-, Schalt- und Zusatztransistor als übliche Planartransistorstrukturen mit senkrecht zur Halbleiteroberfläche gerichteter Hauptstromrichtung ausgebildet sind, wobei der jeweilge Zusatztransistor in der Mitte zwischen Schalt- und Steuertransistor angeordnet ist. Der Vorbereitungstransistor der anderen Flipflop-Hälfte ist als Lateraltransistor-Struktur mit parallel zur Halbleiteroberfläche gerichteter Hauptstromrichtung ausgebildet, die zwischen dem Schalttransistor und dem Zusatztransistor im Halbleiterkörper liegt. Zweckmäßigerweise liegen die Planartransistor-Strukturen in einer Reihe nebeneinander.In Fig. 3 is a schematic of the arrangement of the individual transistors in a monolithic on one common single-crystal semiconductor chip integrated circuit of the flip-flop circuit according to FIG. 2 shown. Here, in a further embodiment of the invention, the control, switching and additional transistor one flip-flop half and the complementary transistor, the preparation transistor, the other flip-flop half arranged in a common insulating island of the semiconductor body. In Fig. 3 is this isolating island indicated by the dashed line. The arrangement is made in such a way that Control, switching and additional transistor as usual planar transistor structures with perpendicular to the semiconductor surface directed main current direction are formed, the respective additional transistor in the Middle between the switching and control transistor is arranged. The preparation transistor of the other The flip-flop half is a lateral transistor structure with the main current direction parallel to the semiconductor surface formed between the switching transistor and the additional transistor in the semiconductor body located. The planar transistor structures are expediently located next to one another in a row.
Die F i g. 3 zeigt die Draufsicht auf ein solches integriertes Halbleiterplättchen mit den beiden nebeneinanderliegenden Isolierinseln für die beiden Flipflop-Hälften. Hierbei entsprechen die großen eingezeichneten Rechtecke der einzelnen Transistoren den jeweiligen Basiszonen/ill, B21, B31, B12, B22, B 32. In diese Basiszonen sind die jeweiligen Emitterzonen Eil. E21, £31, £12, E22, E32 in der in der Planartechnik üblichen Weise eingesetzt. Basis- und Emitterzonen sind kontaktiert und entsprechend dem Schaltbild von F i g. 2 untereinander verbunden, was schematisch durch die kleinen Rechtecke und die entsprechende Leitungsführung angedeutet ist. Ferner ist das Inselmaterial noch mit einer Kontaktierung versehen, die in F i g. 3 mit A 1 bzw. A 2 bezeichnet ist. Dieser gemeinsame Inselkontakt vereinigt über die entsprechende η-leitende gemeinsame Zone (vgl. F i g. 4) die Kollektorzonen von Schalt-, Steuer- und Zusatztransistor sowie die Basiszone der Lateraltransistor-Struktur des Vorbereitungstransistors.The F i g. 3 shows the top view of such an integrated semiconductor chip with the two adjacent insulating islands for the two flip-flop halves. The large rectangles drawn in for the individual transistors correspond to the respective base zones / ill, B21, B31, B12, B22, B 32. The respective emitter zones Eil are in these base zones. E21, £ 31, £ 12, E22, E32 used in the usual way in planar technology. Base and emitter zones are contacted and according to the circuit diagram of FIG. 2 connected to one another, which is indicated schematically by the small rectangles and the corresponding line routing. Furthermore, the island material is also provided with a contact, which is shown in FIG. 3 is denoted by A 1 and A 2, respectively. This common island contact combines the collector zones of the switching, control and additional transistor as well as the base zone of the lateral transistor structure of the preparatory transistor via the corresponding η-conductive common zone (see FIG. 4).
Durch diese Anordnung ergibt sich eine besonders raumsparende und hinsichtlich der auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens zu führenden Verdrahtung besonders günstige Anordnung.This arrangement results in a particularly space-saving and with regard to the surface of the semiconductor wafer to lead wiring particularly favorable arrangement.
Fi g. 4 zeigt im Schnitt entlang der Linie A-A von Fig. 3 den Halbleiterkörper dieser Figur. Auf dem p-leitenden Ausgangsmaterial 1 ist eine n-leitende Schicht 2 angeordnet, die von den p-leitenden Zonen 3 umgeben ist und somit die Isolierinsel bildet. Zwischen der η-leitenden Schicht 2 und dem Ausgangskörper 1 ist noch, wie bei monolithisch integrierten Schaltungen üblich, eine hochdotierte η-leitende Zone 4 angeordnet, die die sogenannte vergrabene Schicht darstellt. In die η-leitende Zone 2 sind die einzelnen Transistoren TIl, T21 und T31 wie gezeigt eingesetzt, wobei zwischen den TransistorenTU und T31 der komplementäre Vorbereitungstransistor T42 ausgebildet ist. Hierbei ist die p-leitende Basiszone des Schalttransistors TIl mit der Emitterzone des Vorbereitungstransistors, die p-leitende Basiszone des Zusatztransistors T31 mitFi g. 4 shows the semiconductor body of this figure in section along the line AA of FIG. 3. An n-conductive layer 2 is arranged on the p-conductive starting material 1, which layer is surrounded by the p-conductive zones 3 and thus forms the insulating island. As is customary in monolithically integrated circuits, a highly doped η-conductive zone 4, which represents the so-called buried layer, is also arranged between the η-conductive layer 2 and the starting body 1. The individual transistors T1, T21 and T31 are inserted into the η-conductive zone 2 as shown, the complementary preparatory transistor T42 being formed between the transistors TU and T31. Here, the p-conducting base zone of the switching transistor TIl is with the emitter zone of the preparatory transistor, the p-conducting base zone of the additional transistor T31 with
ίο der Kollektorzor.e des Vorbereitungstransistors und die gemeinsame Kollektorzone von Schalt-, Stcuer- und Zusatztransistor mit der Basiszone des Vorbereitungstransistors identisch.ίο the Kollektorzor.e of the preparation transistor and the common collector zone of the switching, control and additional transistor with the base zone of the preparation transistor identical.
Die Arbeitswiderstände R1 und R 2 können, be-The load resistances R 1 and R 2 can be
»5 sonders im Falle hoher Widerstandswerte, durch Transistoren ersetzt werden, die als Konstantstromquellen geschaltet sind. Im Falle bipolarer Transistoren ersetzt ihre Kollektor-Emitter-Strecke die Verbindung zwischen den Schalttransistorkollektoren und der Versorgungsspannung Un, während die Basis dieser Transistoren von einem konstanten Strom gespeist wird. Auch Feldeffekttransistoren können die Arbeitswiderstände ersetzen. Hierbei ergibt sich die weitere Möglichkeit, entweder diese Feldeffekttran-»5, especially in the case of high resistance values, should be replaced by transistors that are connected as constant current sources. In the case of bipolar transistors, their collector-emitter path replaces the connection between the switching transistor collectors and the supply voltage U n , while the base of these transistors is fed by a constant current. Field effect transistors can also replace the load resistors. Here there is the further possibility of either using these field effect transitions
*5 sistoren als hochohmige Widerstände oder ebenfalls als Konstantstromquellen zu betreiben. Es sind sowohl Sperrschicht-Feldeffekttransistoren als auch Isolierschicht-Feldeffekttransistoren, insbesondere Metalloxyd-Feldeffekttransistoren geeignet.* 5 sistors as high-ohmic resistors or likewise to operate as constant current sources. There are junction field effect transistors as well as insulating layer field effect transistors, metal oxide field effect transistors are particularly suitable.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Flipflop-Schaltung sind insbesondere darin zu sehen, daß sie über einen weiten Versorgungsspannungsbereich und einen hinsichtlich der Eingangsimpulsamplitude ebenfalls großen Bereich sicher arbeitet. Ferner ist diese Schaltung auch noch bei sehr geringen, in den einzelnen Transistoren fließenden Strömen absolut betriebssicher. Es wurde ein sicheres Arbeiten auch noch bei Strömen in der Größenordnung von 100 η Α festgestellt. Selbst bei diesen geringen, in der jeweilsThe advantages of the flip-flop circuit according to the invention can be seen in particular in the fact that they Over a wide supply voltage range and one with regard to the input pulse amplitude as well large area works safely. Furthermore, this circuit is also even at very low levels, in the individual Transistors flowing currents absolutely reliable. It became safe to work with too found for currents in the order of magnitude of 100 η Α. Even with these minor ones, in each case
durchgesteuerten Flipflop-Hälfte fließenden Strömen sind die beiden Schaltzustände eindeutig ausgebildet, d. h.. eine Flipflop-Hälfte ist eindeutig durchgesteuert und die andere ist eindeutig gesperrt.controlled flip-flop half-flowing currents, the two switching states are clearly established, d. h .. one flip-flop half is clearly activated and the other is clearly blocked.
Auf Grund dieser sehr günstigen EigenschaftenBecause of these very favorable properties
auch bei geringsten Strömen ist die erfindungsgemäße Flipflop-Schaltung unter anderem besonders geeignet, als Grundbaustein einer binären Zählkette für quarzgesteuerte Uhren zu dienen. Der in der Größenordnung von einigen Mikroampere liegende Gesamt-Stromverbrauch einer solchen bis zu vierzehnstufigen Binärzählerkette ermöglicht die Verwendung von üblichen sogenannten Knopfzellen als Gleichspannungsquelle zum Betrieb dieser Uhren. Auch quarzgesteuerte Armbanduhren können mit einer aus der erfindungsgemäßen Flipflop-Schaltung aufgebauten Binärzählerkette an einer solchen Knopfzelle etwa ein Jahr lang betrieben werden.Even with the lowest currents, the flip-flop circuit according to the invention is particularly suitable, among other things, to serve as the basic building block of a binary counting chain for quartz-controlled clocks. The one in the order of magnitude Total power consumption of a few microamps of such up to fourteen levels Binary counter chain enables the use of so-called button cells as a DC voltage source to operate these clocks. Also quartz-controlled Wristwatches can be equipped with a binary counter chain constructed from the flip-flop circuit according to the invention can be operated on such a button cell for about a year.
Ein weiteres Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Flipflop-Schaltung stellen Binärfrequenz-Another field of application of the flip-flop circuit according to the invention is binary frequency
teiler zum Einsatz in elektronischen Orgeln dar. Auch hier macht sich die Eigenschaft der erfindungsgemäßen Flipflop-Schaltung, mit geringen Strömen betreibbar zu sein, vorteilhaft bemerkbar. Auch digitale Rechenautomaten können mit der erfmdungs-divider for use in electronic organs. Here too, the property of the invention makes itself felt Flip-flop circuit to be operated with low currents, advantageously noticeable. Also digital Calculators can be used with the invention
gemäßen Flipflop-Schaltung als Grundbaustein für Zähler, Schieberegister, Zuordner und Speicher usw. aufgebaut werden.according to the flip-flop circuit as a basic component for counters, shift registers, allocators and memories, etc. being constructed.
Blatt ZeiSheet Zei
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