DE2216024A1

DE2216024A1 - Speicherzelle für Verschieberegister

Info

Publication number: DE2216024A1
Application number: DE19722216024
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing.Dr. 7000 Stuttgart Wiedmann
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-04-05
Filing date: 1972-04-01
Publication date: 1972-12-07
Also published as: DE2216024C3; US3655999A; GB1333193A; FR2131960B1; JPS5237742B1; DE2216024B2; FR2131960A1

Description

Böblingen, den 28. März 1972

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Anmelderin: IBM Deutschland GmbH

Pascalstraße 100 7000 Stuttgart 80

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: FI 970 082

Speicherzelle für Verschieberegister

Die Erfindung betrifft eine Speicherzelle für Verschieberegister, die insbesondere aus zwei Halbzellen mit bipolaren Transistoren besteht, wobei den Flipflop-Transistoren komplementäre Transistoren zugeordnet sind.

Speicherzellen, die aus direkt kreuzgekoppelten bipolaren Transistorflipflops aufgebaut sind, deren beide Kollektorlastwiderstände zwei gleiche steuerbare Stromquellen in Form von Halbleiterbauelementen sind, sind prinzipiell durch die US-Patentschrift 3 218 613 bekannt. Es handelt sich hierbei um eine bistabile Schaltung, deren Lastwiderstände durch Epitaxie-Bahnwiderstände innerhalb einer monolithischen Schaltung dargestellt werden können.

Diese Speicherzelle eignet sich zwar für matrixförmige Speicherschaltungen, jedoch nicht ohne zusätzliche Torschaltungen für Schieberegister, da an Speicherzellen für Schieberegister besondere Anforderungen gestellt werden müssen, weil die Schieberegi-

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sterspeicherzellen gesteuert sowohl Information von der vorhergehenden Zelle aufnehmen müssen als auch gespeicherte Informationen an die nächstfolgende Zelle abgeben müssen.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 817 481 ist eine weitere
monolithisch integrierte Speicherzelle aus einem direkt kreuzgekoppelten bipolaren Transistorflipflop, dessen beide Kollektor-Lastwiderstände zwei -gleiche als steuerbare Stromquellen
wirkende, aktive Halbleiterbauelemente sind, bekannt geworden, die dadurch charakterisiert ist, daß die beiden aktiven Halbleiterbauelemente zwei zu den Flipflop-Transistoren komplementäre Transistoren mit gemeinsamer Basis sind.

Diese Speicherzelle weist insbesondere die Vorteile auf, daß
ein äußerst geringer Leistungsverbrauch während des Ruhezustands erforderlich ist, so daß dadurch eine überhitzung, der Speicherzellen vermieden wird. Außerdem hat diese Speicherzelle den Vorteil, daß sie einen äußerst geringen Platzbedarf in integrierter Technik benötigt, da die vielen Trenndiffusionen vermieden werden.

Wie jedoch zu sehen ist, ist auch diese Speicherzelle nicht für Speicherzellen, die insbesondere zum Einbau in Schieberegister benötigt werden, geeignet. Auch diese Speicherzelle kann nämlich nicht eine Information aufnehmen, ohne die in ihr gespeicherte Information zu zerstören. Um demnach eine derartige Speicherzelle in ein Schieberegister einzubauen, müßten Zwischenspeicher in Form weiterer Flipflops oder andere Zwischenspeicher
eingebaut werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Speicherzelle für Schieberegister zu schaffen, die die Vorteile der letztgenannten Speicherzelle für Speichermatrizen ausnutzt und ohne Isolationsdiffusionen aufgebaut werden kann.

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Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht nun darin, daß die Flipflop-Transistoren jeder Halbzelle Doppelemitter-NPN-Transistoren sind, deren äußere Emitter mit Leitungen für die nächstfolgende Halbzelle verbunden sind, daß die Emitter dieser beiden Transistoren mit einer gemeinsamen Masseleitung verbunden sind, mit der außerdem die Emitter von invers arbeitenden NPN-Transistoren verbunden sind, deren Kollektoren mit den Kollektoren der Transistoren verbunden sind, und daß die Emitter der PNP-Transistoren mit einer Speiseleitung verbunden sind, während dem die Taktimpulse über PNP-Transistoren zugeführt werden.

Der Vorteil der vorliegenden Speicherzelle besteht darin, daß das Layout mit bekannter Technologie für die integrierte Halbleitertechnik in nur zwei Diffusionsschritten hergestellt werden kann und daß keine Isolationsdiffusionen erforderlich sind, wodurch diese Speicherzelle trotz der vorhandenen Vielzahl einzelner Bauelemente in integrierter Technik einen äußerst kleinen Platzbedarf aufweist.

Die Erfindung wird nun an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. I ein Schaltbild eines Teils eines Schieberegi

sters mit zwei Halbzellen und

Fig. 2 ein Layout des in Fig. 1 dargestellten Schiebe

registerteils .

Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, besteht das Schieberegister aus hintereinandergesehalteten Zellen, die aus zwei identischen Halbzellen, in der Fig. 1 mit A und B bezeichnet, bestehen. In Fig. ist zum besseren Verständnis der Erfindung nur eine Zelle abgebildet, wobei zu beachten ist, daß die anderen im Schieberegister vorhandenen Zellen genauso aufgebaut sind.

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Jede Halbzelle A und B besteht aus einem Flipflop, der aus den Transistoren Tl und T2 besteht. Es soll außerdem hier erwähnt sein, daß alle NPN-Transistoren in Fig. 1 invers arbeiten. Der Kollektor Cl des Transistors Tl ist mit der Leitung 11 verbunden, die ihrerseits mit der Basis B2 des Transistors T2 verbunden ist, und der Kollektor C2 des Transistors T2 ist über die Leitung 12 mit der Basis Bl des Transistors Tl verbunden. Außerdem ist der Kollektor Cl mit dem Kollektor C3 des PNP-Transistors T3 verbunden und der Kollektor C4 des anderen PNP-Transistors T4 ist mit dem Kollektor C2 des Transistors T2 verbunden. Die Basis B3 und die Basis B4 der Transistoren T3 und T4 sind mit Masse verbunden. Die Emitter E3 und E4 der Transistoren T3 und T4 sind mit der Leitung 13 verbunden, die ihrerseits mit der Leitung 14 verbunden ist. Die anderen nicht dargestellten Zellen des Schieberegisters können über die Leitungen 13' mit der Leitung 14 verbunden werden.

Die Emitter El und E2 der invers arbeitenden Transistoren Tl und T2 sind mit der Masseleitung 15 verbunden. Mit der Masseleitung 15 sind außerdem die Emitter E5 und E6 der invers arbeitenden Transistoren T5 und T6 verbunden. Die Kollektoren C5 und C6 der beiden letztgenannten Transistoren sind über die Leitungen 16 bzw. 17 mit den Kollektoren C3 bzw. C4 und Cl bzw. C2 verbunden. Der Kollektor C7 des lateralen PNP-Transistors T7 ist mit der Basis B5 des Transistors T5 und der Kollektor C8 des Transistors T8 ist mit der Basis B6 des Transistors T6 verbunden. Die Basen B7 und B8 der Transistoren T7 bzw. T8 sind mit der Masseleitung 15 verbunden. Die Eingänge CPl für die Taktimpulse des Zellenteils A sind mit den Emittern E7 bzw. E8 der Transistoren T7 bzw. T8 der Halbzelle A verbunden und die Eingänge CP2 mit den Emittern E7 bzw. E8 der Transistoren T7 bzw. T8 der anderen Halbzelle B. Die Taktimpulse an den Eingängen CP2 sind zu den Taktimpulsen an den Eingängen CPl verzögert.

Eine Leitung 18 verbindet den äußeren Kollektor Cl¹ des Transistors Tl der Halbzelle A mit dem Kollektor C7 und der Basis B5

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der Transistoren T7 bzw. T5 der Halbzelle B. Außerdem verbindet eine Leitung 19 den äußeren Kollektor C2¹ des Transistors T2 der Halbzelle A mit dem Kollektor C8 und der Basis B6 der Transistoren T8 bzw. T6 der Halbzelle B. Die. in Fig.'l gezeigten Leitungen 20, 21, 22 und 23 dienen zur Verbindung der Registerzelle mit den jeweils davorliegenden bzw. den nachfolgenden Registerzellen.

Tm nachfolgenden wird nun das Layout an Hand der Fig. 2 der Zelle nach Fig. 1 beschrieben. Es wird vor allem gezeigt, daß diese Struktur mit nur zwei Diffusionsschritten hergestellt werden kann, wodurch der große technische Fortschritt der vorliegenden Struktur unterstrichen wird. Im ersten Schritt werden die beiden horizontalen Streifen 31 und 32 sowie die vier rechteckigen Bereiche 33, 34, 35 und 36 aus P-leitendem Material hergestellt. Danach wird eine zweite N -Diffusion vorgenommen, um die invers arbeitenden Kollektoren Cl, Cl¹; C2, C2¹ und C5, C6 herzustellen. Es soll noch erwähnt sein, daß in den Fign. 1 und 2 die identischen Elemente mit gleichen Bezeichnungen versehen sind.

Wie aus dem Layout der Fig. 2 eindeutig hervorgeht, benötigt die Zelle nach Fig. 1 einen äußerst kleinen Platz, da keinerlei Isolations-Diffusionen erforderlich sind. Außerdem soll erwähnt sein, daß die Emitter E3 und E4 vom P-Typ für die lateralen PNP-Ladetransistoren T3 und T4 von vielen Zellen verwendet werden. Die Kollektoren C3 und C4 der Transistoren T3 und T4 sind identisch mit den Basen Bl und B2 der invers arbeitenden Transistoren Tl und T2. Außerdem werden die Emitter E7 und E8 für die Taktimpulseingänge der Transistoren T7 und T8 verwendet und die Kollektoren C7 und C8 sind identisch mit den Basen B5 und B6 der Transistoren T5 und T6.

Im nachfolgenden soll nun die Arbeitsweise des Schieberegisters beschrieben werden.

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Die Zelle selbst nimmt in der Ruhestellung nur einen sehr kleinen Zellstrom auf. Die beiden Transistoren T5 und T6 sind ausgeschaltet, weil an den Taktimpulseingängen CPl und CP2 keine Impulse anliegen. Eine gespeicherte 1 wird hier definiert, wenn der Tran sistor T2 der Halbzelle A leitend ist und wenn der Transistor Tl der Halbzelle B leitend ist. Die Information wird von der Halbzelle A zur Halbzelle B verschoben, indem positive Taktimpulse an den Eingängen CP2 einen Kollektorstrom in den Transistorzellen T7 und T8 der Halbzelle B hervorrufen. Wenn der Transistor T2 der Halbzelle A leitend ist, übernimmt der äußere Kollektor C2" der Halbzelle A den Kollektorstrom des Transistors T8 der Halbzelle B, wodurch der KoI.Lektorstrom des Transistors T7 der Halbzelle B in die Basis B5 des Transistors T5 der Halbzelle iließen wird. Der Transistor T5 wird daher eingeschaltet und schaltet den Transistor der Halbzelle B aus. Damit ist der Transistor Tl der Halbzelle B leitend und speichert dieselbe Information, die in der Halbzelle A gespeichert ist.

Genauso wird eine in der Halbzelle B gespeicherte Information zur Halbzelle A der nächstfolgenden Zelle verschoben, wenn die entsprechenden Taktimpulse an die Eingänge CPl der folgenden Zelle angelegt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(Iy Speicherzelle für Verschieberegister und -speicher, die insbesondere aus zwei Halbzellen mit bipolaren Transistoren besteht, wobei den Flipflop-Transistoren komplementäre Transistoren zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Flipflop-Transistoren (Tl und T2) jeder Halbzelle (A und B) Doppelemitter-NPN-Transistoren sind, deren äußere Kollektoren (Cl¹ und C2') mit Leitungen (22 und 23) für die nächstfolgende Halbzelle verbunden sind, daß die Emitter (El und E2) dieser beiden Transistoren mit einer gemeinsamen Masseleitung (15) verbunden sind, mit der außerdem die Emitter (E5 und E6) von invers arbeitenden NPN-Transistoren (T5 und T6) verbunden sind, deren Kollektoren (C5 und C6) mit den Kollektoren (Cl bzw. C2 und C3 bzw. C4) der Transistoren (Ti, T2 und T3, T4) verbunden sind, und daß die Emitter (E3 und E4) der PNP-Transistoren (T3 und T4) mit einer Speiseleitung (14) verbunden sind, während dem die Taktimpulse (CPl und CP2) über PNP-Transistoren (T^-^ und T8) zugeführt werden»
2. Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _g daß alle NPN-Transistoren einer Speicherzelle (z. B. Tl and T2) invers betrieben werden.
3. Speicherzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktimpulse (CPl und CP2) an die jeweilige Halbzelle (A und B) über PNP-Transistoren (T7 und T8) angelegt werden, deren Kollektoren (C7 bzw. C8) mit der Basis (B5 bzw. B6) der Transistoren (T5 bzw. T6) der einen Halbzelle (B) verbunden sind, und daß die Kollektoren (C7 bzw. C8) der Transistoren (T7 bzw. T8) außerdem mit den äußeren Kollektoren (Cl¹ bzw. C2¹) der Flipflop-Transi-

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