DE2160260C3 - Monolithisch integrierbare Flipflop-Schaltung - Google Patents

Monolithisch integrierbare Flipflop-Schaltung

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DE2160260C3 DE19712160260D DE2160260DA DE2160260C3 DE 2160260 C3 DE2160260 C3 DE 2160260C3 DE 19712160260 D DE19712160260 D DE 19712160260D DE 2160260D A DE2160260D A DE 2160260DA DE 2160260 C3 DE2160260 C3 DE 2160260C3
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Description

20
Das Hauptpalent 1 963 225 bezieht sich auf eine monolithisch integrierbare bistabile Flipflop-Schaltung mit zwei gleichartig aufgebauten Hälften, die jeweils einen Schalttransistor und einen Steuertransistor gleichen Leitungstyps enthalten, deren Kollektoren miteinander sowie deren Emitter miteinander und mit Bezugspotential verbunden sind, wobei jeweils die Basis des Schalttransistors der einen Flipflop-Hälfte am über einen Arbeitswiderstand an Betriebsspannung liegenden Kollektor des Schalttransistors der anderen Flipflop-Hälfte und wobei die Basen der Steuertransistoren über jeweils einen Kondensator an einem gemeinsamen Steuereingang angeschlossen sind. Durch das Hauptpatent 1963 225 ist unter Schutz gestellt,"daß in jeder Flipflop-Hälfte jeweils der Kollektor eines zu den Schalt- und Steuertransistors, daß jeweils der Emitter des Hilfstransistors am Kollektor des Schalttransistors und daß jeweils die Basis des Hilfstransistors direkt oder über mindestens einen Widerstand an Bezugspotential oder daß jeweils die Basis des Hilfstransistors direkt oder über je einen Widerstand an der Basis des Sch 'transistors angeschlossen ist.
Nach den vorveröffentlichten Unterlagen zum genannten Hauptpatent dienen die beiden zu den Schalt- und Steuertransistoren komplementären Hilfstransistoren dazu, für das sichere Umschalten vom einen in den anderen Schaltzustand der Flipflop-Schaltung dadurch zu sorgen, daß für den Umschaltvorgang die lnformation über den bisherigen Schaltzustand eine Zeitlang als Ladungsunterschied in den Kondensatoren gespeichert wird. Dieser Ladungsunterschied in den beiden Kondensatoren ist dadurch bedingt, daß der der gesperrten Flipflop-Hälfte zugeordnete Kondensator über den in diesem Falle leitenden Hilfstransistor dieser Flipflop-Hälfte aufgeladen wird, während der zur stromführenden Flipflop-Hälfte gehörende Hilfstransistor gesperrt ist und somit der Kondensator dieser Flipflop-Hälfte zwar weitgehend, jedoch Undefiniert entladen ist.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent derart weiterzubilden, daß das Potential an der Basis des Steuertransistors der stromführenden Flipflop-Hälfte im entladenen Zustand des zugehörigen Kondensators einen möglichst kleinen und definierten Wert annimmt. Dies wird erfindungsgemäß einerseits dadurch erreicht, daß die Steuertransistoren mk einem Zusatzkollektor versehen sind und daß der jeweilige Zusatzkollektor an der Basis des Steuertransistors der anderen Flipflop-Hälfte direkt angeschlossen ist, andererseits aber auch für den Fall, daß Koppeltransistoren vom Steuertransistorleiiungstyp die Kondensatoren bilden, deren Basis mit der Steuertransistorbasis und deren Emitter mit dem gemeinsamen Steuereingang verbunden sind, dadurch erreicht, daß jeweils der Kollektor des Koppeltransistors der einen Flipflop-Hälfte an der Basis des Steuertransistors der anderen Flipflop-Hälfte direkt angeschlossen ist
Die Erfindung wird nun an Hand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert
F i g. 1 zeigt das Schaltbild nach der einen Alternative der Erfindung,
F i g. 2 zeigt eine Weiterbildung der Schaltung nach F i g. 1 und
F i g. 3 zeigt das Schaltbild der anderen Alternativlösung der Erfindung.
Die in F i g. 1 gezeigte bistabile Flipflop-Schaltung entspricht im wesentlichen der in F i g. 2 des Hauptpatents gezeigten Flipflop-Schaltung, wobei in F i g. 1 der vorliegenden Erfindung die Basis des jeweiligen Schalt transistors ΠΙ bzw. 7" 12 direkt mit der Basis des jeweiligen komplementären Hilfstransistors Γ31 bzw. 7*32 verbunden ist.
Die in F i g. 1 gezeigte Flipflop-Schaltung besteht aus zwei symmetrischen Hälften, von denen jede den Schalttransistor 7"Il bzw. 7" 12 und den Steuertransistor 7"21 bzw. Γ22 enthält, deren Kollektoren miteinander und deren F.mitter ebenfalls miteinander verbunden sind. Die parallelgeschalteten Kollektoren sind über den ^beitswiderstand Ri bzw. R 2 mit der Betriebsspannung + Ub verbunden, während die parallelgeschalteten Emitter an Bezugspotential angeschlossen sind. Diese Konfiguration, also eine Flipflop-Hälfte, stellt eine NOR-Schaltung dar, wobei die Basen von Steuertransistor und Schalttransistor als die beiden Eingänge der NOR-Stufe dienen, während der Ausgang von den parallelgeschalteten Kollektoren gebildet wird.
Die Schalttransistorbasis der einen Flipflop-Hälfte ist an den parallelgeschalteten Kollektoren der anderen Flipflop-Hälfte angeschlossen. Zwischen dem Steueranschluß S und den Basen der Steuertransistoren Γ21 und Γ22 jeder Flipflop-Hälfte liegt je ein Kondensator Cl bzw. C2, über den die Eingangssignale auf die Flipflop-Stufe einwirken.
Wie bereits erwähnt, dienen die beiden zu den Haupt- und Steuertransistoren komplementären Hilfstransistoren Γ31 bzw. Γ32 zur Erreichung des sicheren Umschaltens vom einen in den anderen Schaltzustand der Flipflop-Schaltung, wobei dafür gesorgt wird, daß für den Umschaltvorgang die Information über den bisherigen Schaltzustand eine Zeitlang als Ladungsunterschied in den Kondensatoren Cl und Cl gespeichert wird. Jeder Hilfstransistor 7"31 bzw. Γ32 ist mit seinem Kollektor an der Basis des zugehörigen Steuertransistors Γ21 bzw. T22 und mit seiner Basis am Kollektor des Schalttransistors der anderen Flipflop-Hälfte ange schlössen. Der Emitter jedes Hilfstransistors ist am Kollektor des zugehörigen Schalttransistors Γ11 bzw. Γ12 angeschlossen.
Nach der Lehre der Erfindung weisen die Steuertransistoren 7"2I bzw. Γ22 jeweils den Zusatzkollektor Ki bzw. K 2 auf, der mit der Basis des Steuertransistors der anderen Flipflop-Hälfte direkt verbunden ist, d.h., der Zusatzkollektor KX des Steuertransistors 721
ist mit der Basis des Steuertransistors 722 direkt verbunden, während der Zusatzkollektor K2 des Steuertransistors T22 direkt an der Basis des Steuertransistors Γ21 angeschlossen ist.
Die in F i g. 2 gezeigte Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 zeigt im Prinzip die Schaltung nach F i g. 6 des Hauptpatents, wobei die Kondensatoren Ci und C2 durch einen zusätzlichen Emitter-Basis-pn-Übergang des Steuertransistors ersetzt sind, der in Fig.2 als Doppelemitiertransistor 751 bzw. 752 gezeigt ist. Diese Doppelemittertransistoren 751 bzw. 752 weisen nun ebenfalls jeweils den Zusatzkollektor Ki und K 2 auf, der jeweils mit der Basis des Doppelemittertransistors der anderen Flipflop-Hälfte verbunden ist.
Die F i g. 2 soll als Beispiel dafür dienen, daß die erfindungsgemäße Ausbildung der Steuertransistoren mit einem Zusatzkollektor bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1 bis 6 des Hauplpatents anwendbar ist, vgl. die Ansprüche 2 bis 10 des Hauptpatents. Selbstverständlich kann diese eine AHernativlösung der Erfindung wie im übrigen auch die andere Alternativlösung bei den Schaltungen nach den Ansprüchen 12 und 14 bis 20 des Hauptpatents angewendet werden (vgl. weiter unten die Ansprüche 3 bis 16 und 18 bis 20). Auch kann es besonders zweckmäßig sein, jeweils die Emitterzone des Hilfstransistors 731 bzw. 732 der einen Flipflop-Hälfte mit der Basiszone des Schalttransistors Γ12 bzw. 711 der anderen Flipflop-Hälfte zu vereinigen (vgl. Anspruch 17).
In Fig.3 ist die andere Alternativlösung nach der Erfindung gezeigt, die von der Schaltung nach F i g. 7 des Hauptpatents und dessen Anspruch 11 ausgeht. Im Gegensatz zu der dort vorgeschlagenen Lösung, daß nämlich der denselben Leilungstyp wie die Steuertransistoren aufweisende Koppeltransistor 761 bzw. 762 mit seinem Kollektor an der Schalttransistorbasis derselben Flipflop-Hälfte angeschlossen ist, ist in F i g. 3 nach der anderen Alternativlösung der Erfindung der Koppeltransistorkollektor an der Steuertransistorbasis der anderen Flipflop-Hälfte angeschlossen. So liegt nämlich der Kollektor des Transistors 761 an der Basis des Steuertransistors 722, während der Kollektor des Koppeltransistors 762 mit der Basis des Steuertransistors 721 verbunden ist.
Beide erfindungsgemäßen Alternativlösungen gewährleisten, daß der zur eingeschalteten Flipflop-Hälfte gehörende Kondensator mindestens während der Dauer des Eingangsimpulses definiert entladen ist, wobei außerhalb der Dauer des Eingangsimpulses diese Entladung schon durch einen Stromentzug eingeleitet wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin daß bei monolithischer Integrierung der erfindungsgemäßen Flipflop-Schaltung eine günstigere Anordnung der einzelnen Transistoren ermöglicht wird, als dies be der Schaltung nach dem Hauptpatent der Fall ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (20)

Patentansprüche:
1. Monolithisch integrierbare bistabile Flipflop-Schaltung mit zwei gleichartig aufgebauten Hälften, die jeweils einen Schalttransistor und einen Steuertransistor gleichen Leitungstyps enthalten, deren Kollektoren miteinander sowie deren Emitter miteinander und mit Bezugspotential verbunden sind, wobei jeweils die Basis des Schalttransistors der einen Flipflop-Hälfte am über einen Arbeitswiderstand an Betriebsspannung liegenden Kollektor des Schalttransistors der anderen Flipflop-Hälfte und wobei die Basen der Steuertransistoren über jeweils einen Kondensator an einem gemeinsamen Steuereingang angeschlossen sind, wobei nach Patent 1 963 225 in jeder Flipflop-Hälfte jeweils der Kollektor eines zu den Schalt- und Steuertransistoren komplementären Hilfsiransistors an der Basis des Steuertransistors, jeweils der Emitter des Hilfstransistors am Kollektor des Schalttransistors und jeweils die Basis des Hilfstransistors direkt oder über mindestens einen Widerstand an Bezugspotential oder jeweils die Basis des Hilfstransistors direkt oder über je einen Widerstand an der Basis des Schalttransistors angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuertransistoren (T21. 722) mit einem Zusatzkollektor (Kl, K2) versehen sind und daß der jeweilige Zusatzkollektor an der Basis des Steuertransistors (722, 721) der anderen Flipflop-Hälfte direkt angeschlossen ist
2. Monolithisch integrierbare bistabile Flipflop-Schaltung mit zwei gleichartig aufgebauten Hälften, die jeweils einen Schalttransistor und einen Steuertransistor gleichen Leitungstyps enthalten, deren Kollektoren miteinander sowie deren Emitter miteinander und mit Bezugspotential verbunden sind, wobei jeweils die Basis des Schalttransistors der einen Flipflop-Hälfte am über einen Arbeitswiderstand an Betriebsspannung liegenden Kollektor des Schalttransistors der anderen Flipflop-Hälfte und wobei die Basen der Steuertransistoren über jeweils einen Kondensator an einem gemeinsamen Steuereingang angeschlossen sind, wobei nach Patent 1 963 225 in jeder Flipflop-Hälfte jeweils der KoI-lektor eines zu den Schalt- und Steuertransistoren komplementären Hilfstransistors an der Basis des Steuertransistors, jeweils der Emitter des Hilfstransistors am Kollektor des Schalttransistors und jeweils die Basis des Hilfstransistors direkt oder über mindestens einen Widerstand an Bezugspotential oder jeweils die Basis des Hilfstransistors direkt oder über je einen Widerstand an der Basis des Schalttransistors angeschlossen ist und Koppeltransistoren vom Steuertransistorleitungstyp die Konden: atoren bilden, deren Basis mit der Steuertransistorbasis und deren Emitter mit dem gemeinsamen Steuereingang verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Kollektor des Koppeltransistors (T61, 762) der einen Flipflop-Hälfte an der Basis des Steuertransistors (722, 721) der anderen Flipflop-Hälfte direkt angeschlossen ist.
3. Flipflop-Schaltung nach Anspruch I1 bei der die Basen der Hilfstransistoren über mindestens einen Widerstand an Bezugspotential angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen unter Zwischenschaltung je eines Widerstandes miteinander verbunden sind und über einen weiteren Wider
stand an Bezugspotential liegen.
4. Flipflop-Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der Hilfstransistoren direkt miteinander verbunden sind und über einen Widerstand an Bezugspotential liegen.
5. Flipflop-Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der Hilfstransistoren über jeweils einen Widerstand an Bezugspotential liegen.
6. Flipflop-Schaltung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (Cl, C2)vonin Sperrrichtung betriebenen pn-Übergängen gebildet sind.
7. Flipflop-Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Sperrichtung betriebenen pn-Obergänge von als Dioden geschalteten Transistoren gebildet sind.
8. Flipflop-Schaltung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (Cl, C2) von in Flußrichtung betriebenen pn-Übergängen gebildet sind.
9. Flipflop-Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in Flußrichtung betriebenen pn-Übergänge von als Dioden geschalteten Transistoren gebildet sind.
10. Flipflop-Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Basis eines Koppeltransistors vom Steuertransistorleitungstyp an der Steuertransistorbasis, daß der Koppeltransistoremitter am Steuereingang und daß der Koppeltransistorkollektor am Steuertransistorkollektor angeschlossen ist.
11. Flipflop-Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Steuertransistor und Koppeltransistor zu einem Doppelemittertransistor vereinigt sind (F i g. 2).
12. Flipflop-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (Cl, C2) von Metall-Oxyd-Silicium-Kapazitäten gebildet sind.
\i. Flipflop-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswiderstände (Ri. R 2) durch als Konstantstromquellen geschaltete Transistoren ersetzt sind.
14. Flipflop-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswiderstände durch als Konstantstromquellen oder als Widerstände betriebene Feldeffekttransistoren ersetzt sind.
15. Flipflop-Schaltung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß über die Arbeitswiderstände (R 1; R 2) oder die als Konstantstromquellen geschalteten Transistoren jeweils ein Strom kleiner als 1 μΑ fließt.
16. Flipflop-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfstransistoren (Γ31, T32) als laterale pnp-Transistoren ausgebildet sind und daß jeweils die Basiszone des Hilfstransistors (Γ31; Γ32) der einen Flipflop-Hälfte zugleich Kollektorzone des npn-Schalttransistors der anderen Flipflop-Hälfte ist.
17. Flipflop-Schaitung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Emitterzone des Hilfstransistors (T31; 732) der einen Flipflop-Hälfte zugleich die Basiszone des Schalttransistors (712; 711) der anderen Flipflop-Hälfte ist.
18. Flipflop-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-
Emitter-Schwellspannung der als Hilfstransistoren verwendeten Transistoren um mindestens 10 mV kleiner als die Basis-Emitter-Schwellspannung der als Schalttransistoren verwendeten Transistoren ist
19. Flipflop-Schakung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Flipflop-Stufen in einem gemeinsamen Halbleiterkörper nach Art eines Ringzählers oder einer Binärzählerkette untergebracht sind
20. Flipflop-Schaltung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswiderstände oder die als Konstantstromquellen geschalteten Transistoren der einzelnen in einem gemeinsamen Halbleiterkörper untergebrachten Flipflop-Stufen derart dimensioniert sind, daß über sie entsprechend der Frequenz der in den einzelnen Stufen zu zählenden Impulse verschieden hohe Ströme fließen.
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