DE2161010B2 - Asynchrone Addier-Subtrahieranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einfi asynchrone Addier-Subtrahieranordnung mit einer Zähümpulseingangsklemme zum Empfangen von Zählimpulsen, zwei Bedingungseingängen zum Empfangen von zwei die Zählrichtung bestimmenden Bedingungssignalen und einer Kaskadenschaltung von N Sektionen, wobei die erste Sektion ein Zählflipflop und die N — 1 übrigen Sektionen eine Koppelschaltung und ein Zählflipflop enthalten, und die Zählflipflops mit einem Zähleingang und mit zwei zueinander inverse Ausgangssignale liefernden Signalausgängen versehen sind und der Zähleingang des ersten Zählflipflops mit der Zähümpulseingangsklemme verbunden ist, und wobei jede Koppelschaltung einen mit einer Signalzufuhr- und Abfuhrklemme versehenen Differentiator, zwei mit den Signalausgängen der Zählflipflops der vorhergehenden Sektion verbundene Eingangsklemmen, eine mit dem Zähleingang des Zählflipflops derselben Sektion verbundene Ausgangsklemme und zwei mit den Bedingungseingängen gekoppelte Steuerklemmen enthält

In einer bekannten asynchronen Addier-Subtrahieranordnung enthalten die Koppelschaltungen zwischen den Zufuhrklemmen und der Abfuhrklemme Signalwege, die mit Torschaltungen versehen sind.

Die Torschaltungen sind mit den Steuerklemmen der Koppelschaltungen verbunden. Die den Steuerklemmen über die Bedingungseingänge zugeführten Bedingungssignale haben derartige Werte, daß eine der Torschaltungen jeder Koppelschaltung den Signal weg, in dem diese Torschaltung vorgesehen ist, unterbricht, und die andere Torschaltung den Signalweg, in dem sie vorgesehen ist, schließt Durch das Austauschen der den Signalbedingungseingängen zugeführten Bedingungssignale wird der unterbrochene Signalweg geschlossen und der geschlossene Signalweg unterbrochen. Die Zählrichtung wird dadurch bestimmt, welcher der beiden Signalwege in jeder Koppelschaltung geschlossen ist Ein Zählimpuls erhöht oder verringert den Zählinhalt um die Einheit

Hat der Signalausgang eines Zählflipflops, der über einen geschlossenen Signalweg mit dem Zähleingang des folgenden Zählflipflops verbunden ist, eine hohe Ausgangsspannung, so wird die hohe Spannung des Zähleingangs beim unter Steuerung der Bedingungssignale erfolgenden Umkehren der Zählrichtung durch eine niedrige Spannung ersetzt Diese negative Änderung der Spannung des Zähleingangs läßt das Zählflipflop seine Stellung ändern, wodurch der Zählinhalt des Zählers verwirrt wird. Um dies zu verhindern, enthalten die Koppelschaltungen dieser bekannten Addier-Subtrahieranordnungen zwei Kondensatoren. Diese sind zwischen den Eingangsklemmen und den Torschaltungen vorgesehen und bilden zusammen mit den Widerständen der Torschaltungen Differentiatoren. Während der Zeit, in der der Zähümpulseingangsklemme kein Zählimpuls zugeführt wird, sind die Ausgangssignale der Zählflipflops konstant. Die Kondensatoren sperren diese konstanten Ausgangssignale, so daß den Torschaltungen keine

so Signale zugeführt werden.

Hierdurch ist erreicht, daß das Umkehren der Zählrichtung nicht mit einer Änderung der an den Zähleingängen des Zählflipflops vorhandenen Spannungen einhergeht. Das Umkehren der Zählrichtung beeinflußt dadurch den Zählinhalt der Zählanordnung nicht

Diese bekannte Zählanordnung hat den Nachteil, daß zum Erhalten einer richtigen Wirkung der Zählanordnung jede Koppelschaltung zwei Kondensatoren und zwei jeweils aus einem Widerstand und einer Diode aufgebaute Torschaltungen enthält, wodurch die Zählanordnung weniger geeignet ist, in integrierter Form verwirklicht zu werden.
Insbesondere für Zählanordnungen mit einer großen Zählkapazität, die mithin viele Sektionen enthalten, ist dies nachteilig.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine asynchrone Addier-Subtrahieranordnung mit einfacheren Koppel-

schaltungen zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Koppelschaltung zwei jeweils mit einem Steuereingang und einem Leitweg versehene elektrische Schalter enthält, deren Steuereingänge die Steuerklemmen der Koppelschaltung bilden, wobei die Leitwege der Schalter zwischen den Eingangsklemmen der Koppelschaltung und der Signalzufuhrklemme des Differentiators vorgesehen sind und die Signalabfuhrklemme des Differentiators mit der Ausgangsklemme der Koppelscf.altung verbunden ist und jeder Bedingungseingang über eine Flankensteilheit-Verringerungsanordnung mit einer Steuerklemme jeder Koppelschaltung verbunden ist, um den mit der Steuerklemme gekoppelten Schalter nach dem Einschalten des Bedingungssignals allmählich einzuschalten.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Erzeigt

F i g. 1 die Schaltung einer bekannten asynchronen Addier-Subtrahkranordnung,

Fig.2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen asynchronen Addier-Subtrahieranordnung,

Fig.3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen asynchronen Addier-Subtrahieranordnung.

In F i g. 1 ist eine bekannte asynchrone, umschaltbare Addier-Subtrahieranordnung dargestellt. Diese Zählanordnung ist aus einer Kaskadenschaltung von beispielsweise vier Sektionen 1, 2, 3 und 4 aufgebaut, jede Sektion enthält ein Zählflipflop 1-1, 2-1, 3-1, 4-1. Diese Zählflipflops befinden sich entweder in einer durch eine hohe Ausgangsspannung des Signalausgangs Q und eine_ niedrige Ausgangsspannung des Signalausgangs Q charakterisierte Einstell-Stellung oder in einer durch eine niedrige Ausgangsspannung des Signalausgangs Q_ und eine hohe Ausg.ingsspannung des Signalausgangs Q charakterisierte Rückstell-Stellung. Diese Zählflipflops ändern ihre Einstell-Stellung in die Rückstell-Stellung oder umgekehrt, wenn ein dem Zähleingang T zugeführtes Signal eine negative Spannungsänderung aufweist Zum Koppeln der Zählflipflops enthalten die Sektionen 2,3 und 4 die Koppelschaltungen 2-2,3-2,4-2 mit jeweils den Eingangsklemmen lljJ5; 12,16; 13,17, die mit den Signalausgängen Q und Q des Zählflipflops der vorhergehenden Sektion verbunden sind, und mit jeweils einer Ausgangsklemme 8, 9, 10, die mit dem Zähleingang T des Zählflipflops derselben Sektion verbunden ist Hierdurch ist der Signalausgang Q über einen ersten Signalweg von der Eingangsklemme 11,12, 13 über den Kondensator 21, 31, 41 und über den Kathoden-Anoden-Übergang von der Diode 22, 32, 42 über die Ausgangsklemme 8, 9 und 10 mit dem Zähleingang Γ verbunden, und ist der Signalausgang <7 über einen zweiten Signalweg der Eingangsklemme 15, 16, 17 über den Kondensator 24, 34, 44 über den Kathode-Anodein-Übergang von der Diode 25, 35, 45 und die Ausgangsklemme 8, 9 und 10 mit dem Zähleingang T verbunden. Um die Signalwege steuern zu können, sind die Kathoden der Dioden 22,32 und 42 über die Widerstände 20, 30 und 40 und die Steuerklemmen 202, 203 und 204 mit einem ersten Bedingungseingang 6 und die Kathoden der Dioden 25, 35 und 45 über die Widerstände 23, 33 und 43 und die Steuerklemmen 212, 213, 214 mit einem zweiten Bedingungseingang 7 verbunden. So werden durch die Kondensatoren 21, 24; 31, 34; 41, 44 und die Widerstände 20, 23; 30, 33; 40, 43 Differentiatoren und durch die Dioden 22, 25; 32, 35; 42, 45 und die Widerstände 20, 23; 30, 33; 40, 43 Torschaltungen gebildet

Den Bedingungseingängen 6 und '/ werden zueinander inverse Bedingungssignale zugeführt Diese sind derart gewählt, daß von jeder Koppelschaltung 2-2,3-2, 4-2 entweder die Diode 22, 32, 42 durch eine der Kathode über den Widerstand 20, 30, 40 zugeführte

ίο hohe positive Spannung in bezug auf die Anode in Sperrichtung vorgespannt ist und die Diode 25, 35, 43 durch eine der Kathode über den Widerstand 23,33,43 zugeführte niedrige positive Spannung in bezug auf die Anode in Sperrichtung vorgespannt ist, oder umgekehrt Sollten sich die Ausgangsspannungen der Signalausgänge ζ) und φ von niedrig nach hoch ändern, so werden die Kondensatoren 21, 24; 31, 34 und 41, 44 durch über die Widerstände 20, 23; 30, 33 und 40, 43 fließende Ströme auf die hohe Spannung aufgeladen. Hierdurch entstehen an den Widerständen 20,23; 30,33 und 40,43 positive Spannungsspitzen. Diese vergrößern die Sperrspannungen an den Dioden 22, 25; 32, 35; 42, 45, wodurch die Spannungen der Anoden dieser Dioden unverändert bleiben. Sollten sich die Ausgangsspannungen der Signalausgänge Q und φ von hoch nach niedrig ändern, so werden die Kondensatoren 21,24; 31,34 und 41,44 durch über die Widerstände 20,23; 30,33 und 40, 43 fließende Ströme auf die niedrige Spannung entladen. Hierdurch entstehen an den Widerständen negative Spannungsspitzen, die den Sperrspannungen an den Dioden 22, 25; 32, 35; 42, 45 entgegenwirken. Die Bedingungssignale sind derart gewählt, daß die Sperrspannungen an den Dioden, deren Kathoden hohe positive Spannungen in bezug auf die Anoden zugeführt werden, größer sind als die negativen Spannungsspitzen, so daß sich die Anodenspannungen dieser Dioden nicht ändern und die Sperrspannungen an den Dioden, deren Kathoden niedrige positive Spannungen in bezug auf die Anoden zugeführt werden, viel kleiner sind als die negativen Spannungsspitzen, wodurch diese Dioden leitend werden. Die negativen Spannungsspitzen werden dann über die Ausgangsklemmen 8, 9 und 10 den hiermit verbundenen Zähleingängen Tdes Zählflipflops zugeführt, wodurch diese ihre Stellung ändern.

Ausgehend von einer Stellung der Zählanordnung, in der die Signalausgänge Q aller Zählflipflops und die hiermit verbundenen Ausgangsklemmen 1-11,1-12,1-13 und 1-14 eine niedrige Spannung haben und die Bedingungssignale derartige Werte aufweisen, daß nur die Signalwege zwischen den Signalausgängen Q und den Zähleingängen ^geschlossen sind, ist die Wirkungsweise der Zählanordnung wie folgt

Der erste einer Zählimpulseingangsklemme 5 zugeführte Zählimpuls setzt durch die negative Spannungsänderung der Rückflanke dieses Zählimpulses das Zählflipflop 1-1 in die Einstell-Stellung, was für den hier beschriebenen Zustand keine weiteren Folgen hat. Nach einem Zählimpuls ist nur die Spannung der Ausgangsklemme 1-11 hoch.

Der zweite Zählimpuls setzt das Zählflipflop 1-1 in die Rückstell-Stellung. In Reaktion darauf wird wie oben beschrieben das Zählflipflop 2-1 eingestellt Nach zwei Zählimpulsen hat nur die Ausgangsklemme 1-12 eine hohe Spannung.

Ein dritter Zählimpuls setzt das Zählflipflop 1-1 in die Einstell-Stellung, so daß dann die Ausgangsklemmen 1-11 und 1-12 hoch sind. Der vierte Zählimpuls setzt das Flip-flop 1-1 wieder in die Rückstell-Stellung, wodurch

das Zählflipflop 2-1 rückgestellt und dadurch das Zählflipflop 3-1 eingestellt wird. Nach vier Zählimpulsen hat nur die Ausgangsklemme 1-13 eine hohe Spannung.

Aus dem vorhergehenden geht hervor, daß die Spannungen an den Ausgängen 1-11 bis 1-14 bei den gewählten Werten der Bedingungssignale eine binäre Kombination der Summe der der Zählimpulseingangsklemme 5 zugeführten Anzahl von Zählimpulsen darstellen.

Werden die Bedingungssignale ausgetauscht, so sind nur die Signalwege zwischen den Signalausgängen Q und den Zähleingängen Tgeschlossen.

Der nächstfolgende Zählimpuls setzt das erste Zählflipflop 1-1 in die Einstell-Stellung, wodurch die negative Spannungsänderung des (?-SignaIausgangs das Zählflipflop 2-1 in die Einstell-Stellung setzt und in Reaktion darauf das Zählflipflop 3-1 in die RUckstell-Stellung gesetzt wird. Nach diesem Zählimpuls haben nur die Ausgänge 1-11 und 1-12 eine hohe Spannung, was der Zählstellung der Zählanordnung entspricht, nachdem drei Zählimpulse zugeführt waren.

Der nächste Zählimpuls setzt das Zählflipflop 1-1 in die Rückstell-Stellung. Nach diesem Zählimpuls hat nur der Ausgang 12 noch eine hohe Spannung, was der Stellung der Zählanordnung entspricht, nachdem zwei Zählimpulse zugeführt waren, usw.

Wie aus dem vorstehenden hervorgeht, bestimmen die Bedingungssignale, ob ein der Zählimpulseingangsklemme 5 zugeführter Zählimpuls den Inhalt der Zählanordnung um eine Einheit erhöht oder herabsetzt.

Während der Zeit, in der der Zählimpulseingangsklemme 5 keine Zählimpulse zugeführt werden, geben die Signalausgänge Q und Q Gleichspannungen ab, die durch die Kondensatoren 21, 24; 31, 34 und 41, 44 gesperrt werden. Werden während dieser Zeit die Bedingungssignale zum Umkehren der Zählrichtung ausgetauscht, so wird die hohe Vorspannung in Sperrichtung über eine der Dioden der Koppelschaltungen in eine niedrige Vorspannung in Sperrichtung und die niedrige Vorspannung in Sperrichtung über die andere Diode in eine hohe Vorspannung in Sperrichtung geändert Die Dioden werden dabei nicht in den leitenden Zustand versetzt, so daß sich der Zählinhalt während des Invertierens der Bedingungssignale nicht ändert.

Die Koppelschaltungen dieser bekannten Zählanordnung enthalten zwei Dioden 22, 23; 32,35; 42, 45, zwei Widerstände 20, 23; 30, 33; 40, 43 und zwei Kondensatoren 21, 24; 31, 34; 41, 44. Eine derartige Zählanordnung eignet sich dadurch weniger, in integrierter Form verwirklicht zu werden. Dies ist insbesondere nachteilig, wenn die Zählanordnung eine große Zählkapazität aufweisen soll und mithin aus vielen Sektionen bestehen muß.

Die Erfindung bezweckt, eine asynchrone umkehrbare Addier-Subtrahieranordnung mit einfacher und leichter zu integrierenden Koppelschaltungen zu schaffen und ist dadurch gekennzeichnet, daß wie in F i g. 2 angegeben jede Koppelschaltung 2-3, 3-3, 4-3 zwei, jeweils mit einem Steuereingang ρ und einem Leitweg versehene elektronische Schalter 26,27; 36,37; 46, 47 enthält Die Steuereingänge ρ bilden die Steuerklemmen 205, 215; 206, 216; 207, 217 der Koppelschaltung 2-3, 3-3, 4-3, und die Leitwege der Schalter 26, 27; 36, 37; 46, 47 sind zwischen den Eingangsklemmen Ul, 151; 121, 161; 131, 171 jeder Koppelschaltung und der Signalzufuhrklemme 260,360, 460 eines Differentiators 28-29,38-39,48-49 vorgesehen.

Die Signalabfuhrklemme 261, 361,461 des Differentiators ist mit der Ausgangsklemme 81, 91, 101 der Koppelschaltung verbunden. Der Bedingungseingang 60, 70 ist über eine Flankensteilheit-Verringerungsans Ordnung 63, 73 mit einer Steuerklemme 205, 206, 207; 215, 216, 217 jeder Koppelschaltung 2-3, 3-3 und 4-3 verbunden, um den mit der Steuerklemme 205,206,207; 215,216,217 gekoppelten Schalter 26,37,46; 27,37,47 nach dem Einschalten des Bedingungssignnls allmählich

to einzuschalten.

Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Addier-Subtrahieranordnung enthält beispielsweise vier Sektionen 0-1,0-2,0-3 und 0-4. Die Sektionen enthalten die Zählflipflops 1-4, 2-4, 3-4 und 4-4. Die Zählflipflops sind beispielsweise als Master-Slave-Speicherelement vom /—ΑΓ-Typ ausgeführt. Jedes Speicherelement enthält zwei nicht dargestellte Informationseingänge / und K, einen Zähleingang Tund zwei zueinander inverse Signalaus gänge Q und Q. Der Inhalt dieser Speicherelemente ist in der eingestellten Stellung durch eine hohe Ausgangsspannung des Signalausgangs Q und eine niedrige Ausgangsspannung des Signalausgangs Q und in der rückgestellten Stellung durch eine niedrige Ausgangs spannung des Signalausgangs Q und_ eine hohe Ausgangsspannung des Signalausgangs Q charakterisiert. Bekannterweise ändert ein /—K-Zählflipflop, dessen Eingängen / und K keine äußeren Signale zugeführt werden, bei einer am Zähleingang 7 auftretenden Spannungsänderung von hoch nach niedrig seine Einstell-Stellung in die Rückstell-Stellung oder umgekehrt.

Die elektronischen Schalter 26, 27; 36,37 und 46,47 sind beispielsweise als Feldeffekt-Transistoren ausge führt.

Solange ein Feldeffekt-Transistor (FET) ungesättigt ist, ändert sich der Widerstand zwischen der Zu- und Abfuhrelektrode annähernd umgekehrt proportional dem Spannungsunterschied zwischen der Torelektrode und der Zu- oder Abfuhrelektrode. Der Widerstand eines in der Praxis angewandten Feldeffekt-Transistors vom »depIetion«-Typ aus Metalloxyd-Silizium ändert sich von ca. 20 Ohm bei einer Spannung von —5 Volt zwischen der Tor- und Zufuhrelektrode auf weniger als 200 Ohm bei einer Spannung von +5 Volt icwischen der Tor- und Zufuhrelektrode.

Die Differentiatoren werden durch die Kondensatoren 28, 38 und 48 und die Widerstände 29, 39 und 49 gebildet. Diese Widerstände sind mit einer Klemme Vi konstanten Potentials verbunden. Die Spannung dieser Klemme Vi ist gleich der hohen Ausgangsspannung det Signalausgänge Q und Q.

Die Wirkungsweise der Koppelschaltungen 2-3, 3-3 und 4-3 wird anhand der Koppelschaltung 2-3 nähei erläutert Hierbei wird davon ausgegangen, daß dei Kondensator 28 über den Widerstand 29 auf die Spannung der Klemme Vi, beispielsweise auf +6 Volt aufgeladen ist, und daß der Steuerklemme 2105 eine hohe Spannung von beispielsweise +6 Volt und dei Steuerklemme 215 eine niedrige Spannung vor beispielsweise —6 Volt zugeführt wird.

Ist die Ausgangsspannung des Signalausgangs Q de; Zählflipflops 1-4 niedrig, was dem Erdpotential ent' spricht, so ist die Signalspannung des Ausgangs Q hoch beispielsweise +6 Volt Die Spannung zwischen dei Tor- und Zufuhrelektrode des Feldeffekt-Transistors 21 ist dann +6 Volt, wodurch dieser Transistor einer niedrigen Widerstand zwischen der Zu- und Abfuhr

elektrode aufweist. Die Spannung zwischen der Zu- und Abfuhrelektrode ist 0 Volt, so daß kein Strom fließt. Da die Abfuhrelektroden der Feldeffekt-Transistoren 26 und 27 untereinander verbunden sind, beträgt die Spannung zwischen der Tor- und Abfuhrclektrode des Feldeffekt-Transistors 27 -6 Volt. Die Spannung zwischen der Tor- und Zufuhrelektrode dieses Feldeffekt-Transistors 27 beträgt -12 Volt, so daß dieser Feldeffekt-Transistoi gesperrt ist. Bei der Zufuhr eines Zählimpulses zu dem mit dem Zähleingang T des Zählflipilops 1-4 verbundenen Zählimpulseingang 50 ändert sich die Ausgangsspannung_des Signalausgangs Q von 0 auf +6 Volt und die von ζ) von +6 Volt auf 0. Die Spannung zwischen der Tor- und Zufuhrelektrode des Feldeffekt-Transistors 26 beträgt dann 0 Volt. Der Widerstand zwischen der Zu- und Abfuhrelektrode hat dann einen Wert von ungefähr 600 Ohm, so daß ein Strom von der Zu- zur Abfuhrelektrodc fließt, der den Kondensator 28 enthält. Dies verursacht einen Entladestrom durch den Widerstand 29, wodurch eine positive Spannungsspitze an diesem Widerstand entsteht, die dem Zähleingang T des Zählflipflops 2-4 über den Ausgang 81 zugeführt wird. Diese der hohen Spannung der Klemme Vi überlagerte positive Spannungsspitze ist nicht in der Lage, die Stellung des Zählflipflops 2-4 zu ändern, da beim Auftreten der Rückf'anke dieser Spitze die Spannung nicht unter die hohe Spannung von +6 Volt der Klemme Vi sinkt.

Der nächste der Zählimpulseingangsklemme 50 zugeführte Zählimpuls ändert die Ausgangsspannung des Signalausgangs Q von +6 auf 0 Volt und die des Signalausgangs QvonO Volt auf +6 Volt. Die Spannung zwischen der Tor- und Zufuhrelektrode des Feldeffekt-Transistors 26 beträgt wieder +6 Volt. Die Spannung zwischen der Tor- und Abfuhrelektrode beträgt 0 Volt, J5 so daß zwischen der Zu- und Abfuhrelektrode eine Spannung von —6 Volt vorhanden ist und ein Strom von der Abfuhr- zur Zufuhrelektrode fließt. Dieser Strom lädt den Kondensator 28 auf, bis die Spannung über den Kondensator 6 Volt beträgt. Der Ladestrom des Kondensators 28 verursacht am Widerstand 29 eine negative Spannungsspitze, die, der hohen Gleichspannung der Klemme Vi überlagerndem Zähleingang Tdes Zählflipflops 2-4 zugeführt wird. Die Vorderflanke dieser negativen Spannungsspitze, die die Spannung des Zähleingangs T von +6 auf ungefähr 0 Volt ändert, ändert die Stellung des Zählflipflops 2-4. Die an Signalausgang Q auftretende Spannungsänderung des Zählflipflops 1-4 ändert die Spannung zwischen der Tor- und Zufuhrclektrode des Feldeffekt-Transistors 27 von 5« -6 auf -12 Volt, und da sich die Spannung zwischen der Tor- und Abfuhrclektrode über die Signalzufuhrklemmc 260 von - 12 auf -6 Volt geändert hat, bleibt der Lcitwcg dieses Fcldcffekt-Transistors 27 sehr hochohmig. Die Änderung der Ausgangsspannungen 'ft des Signalausgangs ^kann deshalb keinen Einfluß auf den Zähleingang Tdcs Zählflipflops 2-4 ausüben.

liin Austauschen der den Stcucrklcmmcn 205 und 215 zugeführten Spannungen hat zur Folge, daß der l.eitweg des l'eldeffekt Transistors 26 sehr hochohmig und der w> l.eitweg des Fcldcffckt-Transistors 27 nicdcrohmig wird. Hierdurch können nur die Spannungsänderungen des .Signalausgangs Q einen Kinfluß auf die Spannung der Ausgangsklemmc 81 der Koppelschaltung 2-3 ausüben. w>

Die Wirkungsweise der Koppelschaltungcn 3-3 und 4-3 ist mit der der Koppclschaltung 2-3 identisch.
Wie aus dem vorstehenden hervorgehl, wird in Abhängigkeit der den Stcuerklemmen einer Koppclschaltung zugeführten Spannungswerte entweder ein Signalweg zwischen dem Signalausgang Q eines Zählflipflops einer vorhergehenden Sektion und dem Zähleingang T des Zählflipflops derselben Sektion gebildet, oder es wird ein Signalweg zwischen dem Signalausgang ζ) des Zählflipflops der vorhergehenden Sektion und dem Zähleingang T des Zählflipflops derselben Sektion gebildet. Die Zählwirkung der Sektionen 0-1, 0-2, 0-3 und 0-4 ist dadurch gleich derjenigen der Sektionen 1, 2, 3 und 4 der in Fig. 1 dargestellten bekannten Anordnung. Die Zählergebnisse können von den Ausgangsklemmen 1-111, 1-121, 1-131 und 1-141 abgenommen werden.

Zum Umschalten der Zählanordnung vom Addieren zum Subtrahieren oder umgekehrt werden der Wert der den Steuerklemmen 205, 206 und 207 zugeführten Spannung und der Wert der den Steuerklemmen 215, 216 und 217 zugeführten Spannung ausgetauscht. Die Signalzufuhrklemme 260, 360, 460 des Differentiators jeder der Koppelschaltungen 2-3,3-3 und 4-3 wird dabei von einem der Signalausgänge des Zählflipflops 1-4,2-4, 3-4 abgeschaltet und mit dem anderen Signalausgang dieses Zählflipflops verbunden. Würde dies schnell erfolgen und hätte der erwähnte eine Signalausgang eine hohe Spannung und der andere eine niedrige Spannung, so würde sich die Spannung der Signalzufuhrklemme 260, 360, 460 schnell von einer hohen auf eine niedrige Spannung ändern, wodurch dieser Differentiator dem mit der Signalabfuhrklemme 261, 361, 461 verbundenen Zähleingang Tder Zählflipflops 2-4, 3-4, 4-4 eine negative Spannungsspitze abgeben würde. Diese Spannungsspitze würde die Stellung des Zählflipflops ändern, wodurch der Zählinhalt der Zählanordnung verwirrt würde. Um dies zu verhindern, sind die Bedingungssignal-Eingänge 60 und 70 über die Flankensteilheit-Verringerungsanordnungen 63 und 73 mit den Steuerklemmen 205, 215; 206, 216; 207, 217 verbunden. Diese Flankensteilheit-Verringerungsan-Ordnungen sind in diesem Ausführungsbeispiel als Integratoren ausgeführt, können jedoch beispielsweise auch durch langsam umschaltende Flipflopschaltungcn verwirklicht werden. Bei der Änderung der Zählrichtung vom Subtrahieren zum Addieren wird das dem Bedingungseingang 60 zugeführte Bedingungssignal beispielsweise von niedrig nach hoch geändert, was eine Änderung einer negativen Spannung in eine positive Spannung bedeutet. Der Kondensator 62 entlädt sich zunächst über den Widerstand 61 und lädt sich danach auf die positive Spannung auf. Die den Torclektrodcn ρ der Feldeffekt-Transistoren 26, 36 und 46 zugeführtc Spannung nimmt dadurch langsam zu, wodurch die Widerstände der Leitwege zwischen den Zu- und Abfuhrelcktroden dieser Feldeffekt-Transistoren lang· sam abnehmen. Da die Spannungen an den Zufuhrklcmmen 260,360 und 460 der Kondensatoren 28,38 und 4i im Moment des Umkehrensjjcr Zählriehtung durch die Ausgangsspannungcn der QSignalausgänge bcstimmi sind, sind die Spannungen zwischen den Zu- unc Abfuhrclcktroden der Feldeffekt-Transistoren 26, 3f und 46 am größten, wenn die Widerstände des Lciiweg.¹ zwischen den Zu- und Abfuhrclektrodcn am größter sind. Dadurch fließen kleine Ströme durch die Lcitwcgc Diese Ströme ändern die Spannung der Zufuhrklcmnicr 260, 360 und 460 der Kondensatoren 28, 38, 48 derart daß der Spannungsunterschied an den Lcitwcgcr abnimmt. Der Widerstand des Leitwegs nimmt untci Steuerung der sich langsam ändernden Spannung an dci

Torelektrode weiter ab. Hierdurch wird erreicht, daß die Spannungs- und Widerstandsabnahme ungefähr gleichen Schritt hält, wodurch die in den Leitwegen fließenden Ströme während des Umschaltens der Zählrichtung einen kleinen Wert haben.

Die dem Bedingungseingang 70 zugeführte Spannungsänderung des Bedingungssignals ist entgegengesetzt zu dem dem Bedingungseingang 60 zugeführten. Der Kondensator 72 entlädt sich zunächst und lädt sich danach auf die negative Spannung des Bedingungssignals auf.

Der Wert der der Torelektrode ρ der Feldeffekt-Transistoren 27, 37 und 47 zugeführten Spannung sinkt langsam, wodurch die Widerstände der Leitwege zwischen den Zu- und Abfuhrelektroden langsam zunehmen. Der Spannungsunterschied an diesen Leitwegen nimmt gleichfalls langsam zu, weil die Spannungen der Zufuhrklemmen 260, 360 und 460 der Kondensatoren 28, 38 und 48 durch die Ströme durch die Feldeffekt-Transistoren 26, 36 und 46 geändert werden. Die beim Umschalten der Zählrichtung in den Leitwegen der Feldeffekt-Transistoren 26, 36 und 46 fließenden Ströme haben deshalb gleichfalls einen kleinen Wert.

Die Ladungsänderungen pro Zeiteinhe't der Kondensatoren 28, 38 und 48 sind gleich dem Unterschied der Ströme durch die Feldeffekt-Transistoren 26 und 27, 36 und 37, 46 und 47 und sind dadurch klein. Die hiermit einhergehenden Ladungs- und/oder Entladungsströme durch die Widerstände 29, 39 und 49 verursachen an diesen Widerständen negative und/oder positive Spannungsspitzen mit einer kleinen Amplitude. Die RC-ZeW-konstanten des Kondensators 62 mit dem Widerstand 61 und des Kondensators 72 mit dem Widerstand 72 sind derart gewählt, das die durch diese Zeitkonstanten bestimmten kleinen Amplituden der negativen Spannungsspitzen die Stellung der Zählflipflops nicht ändern können, wodurch die Zählstellung der Zählanordnung beibehalten wird.

Auf dieselbe Weise wird erreicht, daß der Zählinhalt der Zählanordnung beim Umschalten der Zählrichtung vom Addieren zum Subtrahieren erhalten bleibt.

Die Koppelschaltungen dieser erfindungsgemäßen Zählanordnung enthalten jeweils zwei Feldeffekt-Transistoren und einen Differentiator. In bezug auf die in Fig. 1 dargestellten Koppelschaltungen der bekannten Zählanordnung enthalten sie einen Kondensator und einen Widerstand weniger und anstelle von zwei Dioden zwei Feldeffekt-Transistoren. Diese Koppelschaltungen sind dadurch leichter durch Integration zu verwirklichen und erfordern weniger Kristalloberfläche als die bekannten Koppeischaitungen.

Eine weitere Vereinfachung der erfindungsgemäßen Zählanordnung, wodurch sich die Zählanordnung besonders dazu eignet, aus bestehenden logischen Bausteinen zusammengesetzt zu werden, ist im Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 dargestellt.

Die in Fig. 2 und 3 mit gleichen Bezugsziffern versehenen Teile haben eine analoge Wirkung, Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Zählanordnung enthält beispielsweise vier Sektionen 0-1,0-2,0-3 und 0-4.

Diese Sektionen enthalten dynamisch gesteuerte Zählflipflops 1-5, 2-5, 3-5 und 4-5._Die Ausgangsspannungen der Signalausgänge Qund ^dieser Zählflipflops ändern sich nur von hoch nach niedrig oder umgekehrt, wenn die dem Zähleingang Tzugeführte Spannung sich ■> hinreichend schnell von hoch nach niedrig ändert, oder mit anderen Worten, an den Zähleingängen T negative Spannungsänderungen auftreten, die eine hinreichend große Steilheit aufweisen. Diese dynamisch gesteuerten Zählflipflops enthalten Eingangsschaltungen 7), die die Wirkung der Differentiatoren 28,29; 38,39; 48,49 des in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiels erfüllen, und bistabile Elemente F, die die Wirkung der Zählflipflops 2-3, 3-3, 4-3 erfüllen. Die Sektionen 0-2, 0-3 und 0-4 enthalten die Koppelschaltungen 2-3, 3-3 und 4-3, die jeweils zwei Feldeffekt-Transistoren 26, 27; 36, 37; 46, 47 enthalten. Außerdem wird angenommen, daß die Eingangsschaltungen T₁ der dynamischen Zählflipflops 2-5, 3-5 und 4-5 einen Teil der Koppelschaltungen bilden. Die Abfuhrelektroden der Feldeffekt-Transistoren 26, 27; 36, 37; 46, 47 sind über die Zufuhrklemmen 260, 360 und 460 unmittelbar mit den Zähleingängen T der dynamischen Zählflipflops 2-5, 3-5 und 4-5 verbunden. Im übrigen unterscheidet sich das in Fig.3 dargestellte Ausführungsbeispiel nicht von dem in Fig. 2 dargestellten.

Die den Zähleingängen Γ der dynamischen Zählflipflops 1-5, 2-5, 3-5 und 4-5 zugeführten Signaländerungen, verursacht durch die Rückflanke der der Zählflankc der dem Zählimpulseingang 50 zugeführten Zählimpulse und durch die an den Signalausgangsklemmen Q und Q der dynamischen Zählflipflops 2-5, 3-5 und 4-5 auftretenden Spannungsänderungen, haben eine hinreichend große Steilheit, um die Stellung dieser dynamischen Zählflipflops zu ändern. Die der Zählimpulseingangsklemme 50 zugeführten Zählimpulse erhöhen deshalb in Abhängigkeit von den den Bedingungseingängen 60 und 70 zugeführten Bedingungssignalen auf entsprechende Weise, wie im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, den Zählinhalt der Zählanordnung oder setzen ihn herab.

Die an den Zählimpulseingängen T infolge des Umschaltens der Zählrichtung der Zählanordnung auftretenden Signaländerungen haben eine Flankensteilheit, die durch die /?C-Zeitkonstanten des Widerstands 61 und des Kondensators 62 des Integrators 63 und des Widerstands 71 und des Kondensators 72 des Integrators 73 bestimmt wird.

Diese Zeitkonstanten sind derart gewählt, daß die durch diese Integratoren 63 und 73 abgegebenen

so Spannungsänderungen beim Umkehren der Zählrichtung eine derartige Widerstandsänderung der Leitwege der Feldeffekt-Transistoren 26, 27; 36, 37; 46 und 47 verursachen, daß die hierdurch auftretenden Spannungsänderungen der Abfuhrelektroden der Feldeffekt-Transistoren eine kleinere Steilheit haben als erforderlich ist, um die Stellung der dynamischen Zählflipflops 2-5, 3-5 und 4-5 zu ändern, so daß der Zählinhalt beim Umkehren der Zählrichtung beibehalten wird.
Die auf diese Weise aufgebaute Zählanordnung kann auf einfache Weise mit Hilfe von Feldeffekt-Transistoren und logischen Bausteinen von dynamisch gesteuerten Zählflipflop-Typen zusammengesetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Asynchrone Addier-Subtrahieranordnung mit einer Zähümpulseingangsklemme zum Empfangen von Zählimpulsen, zwei Bedingungseingängen zum Empfangen von zwei die Zählrichtung bestimmenden Bedingungssignalen und einer Kaskadenschaltung von N Sektionen, wobei die erste Sektion ein Zählflipflop und die N - 1 übrigen Sektionen eine Koppelschaltung und ein Zählflipflop enthalten, und die Zählflipflops mit einem Zähleingang und mit zwei zueinander inverse Ausgangssignale liefernden Signalausgängen versehen sind und der Zähleingang des ersten Zählflipflops mit der Zähümpulseingangsklemme verbunden ist, und wobei jede Koppelschaltung einen mit einer Signalzufuhr- <ind Abfuhrklemme versehene« Differentiator, zwei mit den Signalausgängen der Zählflipflops der vorhergehenden Sektion verbundene Eingangsklemmen, eine mit dem Zähleingang des Zählflipflops derselben Sektion verbundene Ausgangsklemme und zwei mit den Bedingungseingängen gekoppelte Steuerklemmen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß jede Koppelschaltung zwei jeweils mit einem Steuereingang und einem Leitweg versehene elektronische Schalter enthält, deren Steuereingänge die Steuerklemmen der Koppelschaltung bilden, wobei die Leitwege der Schalter zwischen den Eingangsklemmen der Koppelschaltung und der Signalzufuhrklemme des Differentiators vorgesehen sind und die Signalabfuhrklemme des Differentiators mit der Ausgangsklemme der Koppelschaltung verbunden ist und jeder Bedingungseingang über eine Flankensteilheit-Verringerungsanordnung mit einer Steuerklemme jeder Koppelschaltung verbunden ist, um den mit der Steuerklemme gekoppelten Schalter nach dem Einschalten des Bedingungssignals allmählich einzuschalten.

2. Asynchrone Addier-Subtrahieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter durch Feldeffekt-Transistoren gebildet werden.

3. Asynchrone Addier-Subtrahieranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flankensteilheit-Verringerungsanordnungen durch Integratoren gebildet werden.

4. Asynchrone Addier-Subtrahieranordnung nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Sektion der Differentiator und das Zählflipflop zusammen durch ein Zählflipflop desjenigen Typs gebildet werden, der seine Stellung ändert, wenn seinem Zähleingang unipolare Signaländerungen mit hinreichend großer Steilheit zugeführt werden.