DE2241267A1

DE2241267A1 - Rueckstellbarer binaerer flip-flop aus halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE2241267A1
Application number: DE2241267A
Authority: DE
Inventors: Steven Lynn Clapper
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1971-08-23
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1973-03-01
Also published as: JPS532034B2; FR2151370A5; CA970044A; US3753009A; DE2241267B2; JPS4830852A

Description

PATENTANWÄLTE
DJPL.-ING. LEO FLEUCHAUS

DR.-ING. HANS LEYH ilk \

München 71, 21. AugUSt 1972 Melchiorstr. 42

Unser Zeichen: M025P-852

Motorola, Inc. 94-01 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois V.St.A.

ßückstellbarer binärer Flip-Flop aus Halbleiterbauelementen.

Die Erfindung betrifft einen rückstellbaren binären Flip-Flop aus Halbleiterbauelementen, vorzugsweise Oberflächen-Feldeffekttransistoren.

Binäre Flip-Flops werden in grosser Anzahl für digital arbeitende Systeme, wie Zähler, Multiplexer, Schieberegister u.dgl. verwendet. Daher ist es sehr vorteilhaft, wenn solche Flip-Flops volumenmässig sehr klein und äusserst billig hergestellt werden können. Mit Hilfe der integrierten Schaltkreistechnik ist es möglich, sich diesem Ziel zu nähern, Jedoch müssen bei herkömmlichen Flip-Flop-Schaltungen inaktive Bauelemente, wie Widerstände und Kapazitäten, in der integrierten Schaltung mit untergebracht werden. Diese inaktiven Bauelemente benötigen jedoch sehr grosse Flächenabschnitte integrierter Schaltkreise, so dass damit einer Verkleinerung des Platzbedarfes einer Flip-Flop-Schaltung sowie eine Verringerung

Fs/wi " der

3 0 9 8 0 9/ 1091

^ M025P-852

der Herstellungskosten Grenzen gesetzt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen rückstellbaren binären Flip-Flop zu schaffen, der ausschliesslich aus aktiven Halbleiterelementen besteht und keine inaktiven Halbleiterelemente umfasst. Ein solcher rückstellbarer Flip-Flop soll auf ein bekanntes Niveau zurückstellbar sein, ohne dass auf die Herkunft des Eingangssignals Rücksicht genommen werden muss, und ohne dass es notwendig ist, eine Anzahl von Eingangssignalen anzulegen, bevor dieses gewünschte Niveau eingenommen wird.

Es wurde bereits vorgeschlagen, einen binären Flip-Flop ganz aus aktiven Halbleiterelementen, insbesondere Feldeffekttransistoren, herzustellen, jedoch ist ein solcher Flip-Flop nicht rückstellbar (US-AS 71 889 vom 14. September 1970).

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Flip-Floppier UND-Schaltungen und zwei NOR-Schaltungen umfasst, wobei der Ausgang der ersten und zweiten UND-Schaltung mit den beiden Eingängen der NOR-Schaltung und die beiden Ausgänge der dritten und vierten UND-Schaltung mit den beiden Eingängen der zweiten NOR-Schaltung verbunden sind, dass eine erste Umkehrstufe an den Ausgang der ersten NOR-Schaltung und eine zweite Umkehrstufe an den Ausgang der zweiten NOR-Schaltung angeschlossen sind, dass ferner der Ausgang der ersten NOR-Schaltung mit einem ersten Eingang der dritten UND-Schaltung und der Ausgang der ersten Umkehrstufe mit einem ersten Eingang der ersten UND-Schaltung verbunden sind, wogegen der Ausgang der zweiten Umkehrstufe mit einem dritten Eingang der zweiten UND-Schaltung und einem dritten Eingang der vierten UND-Schaltung verbunden ist, dass jeweils ein zweiter Eingang der ersten, zweiten und vierten UND-Schaltung zusammengeschaltet und als Eingang für ein Rückstellsignal dient, dass jeweils ein erster Eingang der zweiten und vierten

- 2 - UND-Schaltung

309809/1091

3 M025P-852 -

UND-Schaltung zusammengeschaltet ist und als Eingang für ein Eingangssignal dient,· wogegen Jeweils ein zweiter Eingang der ersten und dritten UED-Schaltung zusammengeschaltet ist und als Eingang für ein invertiertes Eingangssignal dient, und dass der Ausgang der ersten Umkehrstufe als Ausgang für ein Ausgangssignal und der Eingang der ersten Umkehrstufe als Ausgang für ein invertiertes Ausgangssignal dient.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein nach den Merkmalen der Erfindung hergestellter rückstellbarer binärer Flip-Flop bietet den Vorteil, dass er ausschliesslich aus aktiven Halbleiterelementen aufgebaut ist, die in monolithisch integrierter Bauweise einen sehr geringen Platzbedarf erfordern und äusserst dicht gepackt werden können. Dadurch ist der erfindungsgemässe Flip-Flop" äusserst vorteilhaft bei Anwendungen zu verwenden, die eine grosse Vielzahl von derartigen Flip-Flops benötigen und somit trotz der Vielzahl der Flip-Flops verhältnismässig klein aufgebaut werden können«,

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es. zeigen:

Fig. 1 ein Logikschaltbild für einen rückstellbaren binären Flip-Flop;

Fig. 2 ein Schaltbild des rückstellbaren binären Flip-Flops gemäss Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltbild eines Teils der logischen Schaltung gemäss Fig. 1;

- 3 - Fig. 4

309809/1091

U M025P-852

Fig. 4 .ein Schaltbild eines Teils der logischen Schaltung gemäss Fig. 1;

Fig. 5 eine Funktionstabelle für den rückstellbaren binären Flip-Flop gemäss Fig. 1.

Gemäss Fig. 1 umfasst der rückstellbare binäre Flip-Flop einen ersten logischeiipchaltkreis 10 und einen zweiten logischen Schaltkreis 11. Im logischen Schaltkreis 10 ist eine UND-Schaltung 12 mit drei Eingängen 13, 14 und 15 und einem Ausgang 16, eine zweite UND-Schaltung 17 mit drei Eingängen 18, 19 und 20 und einem Ausgang 21 sowie eine NOR-Schaltung 25 mit einem Ausgang 28 und zwei Eingängen 26 und 27 vorgesehen, von denen letztere mit den Ausgängen 16 und 21 der entsprechenden UND-Schaltungen 12 und 17 verbunden sind. Der Ausgang 28 der NOR-Schaltung 25 ist mit dem Eingang einer Umkehrstufe 30 verbunden, die einen Ausgang 31 aufweist. Der zweite logische Schaltkreis 11 umfasst eine erste Umschaltung 35 mit zwei Eingängen 36 und 37 sowie einem Ausgang 38, eine zweite UND-Schaltung 39 mit drei Eingängen 40, 41 und 42 sowie einem Ausgang 43, und schliesslich eine NOR-Schaltung 45 mit zwei Eingängen 46 und 47, die mit den Ausgängen 38 und 43 der UND-Schaltungen 35 "und 39 verbunden sind. Der Ausgang 48 der NOR-Schaltung 45 ist mit dem Eingang einer Umkehrstufe 50 verbunden, welche einen Ausgang 51 hat.

Der Ausgang 31 der Umkehrstufe 30 liegt einerseits an der Ausgangskiemme Q und andererseits am Eingang 13 der UND-Schaltung 12. Der Eingang 14 der UND-Schaltung 12 ist mit dem Eingang 19 der UND-Schaltung 17 und ferner mit dem Eingang 41 der UND-Schaltung 39 sowie einer Rückstellklemme S verbunden. Der Eingang 15 der UND-Schaltung 12 liegt ain Eingang 37 der UND-Schaltung 35 sowie an der Eingangsklemme !F. Der Eingang 18 der UND-Schaltung 17 ist mit dem Eingang 40 der UND-ScIbL-tung 39 und einer Eingangsklemme T verbunden. Der Eingang 20

- 4 - der

309809/ 1 091

5 M025P-852

der UND-Schaltung 17 steht mit dem Ausgang 51 der Umkehrstufe 50 und dem Eingang 42 der UND-Schaltung 39 in Verbindung. Der Eingang 36 der UND-Schaltung 35 ist mit dem Ausgang 28 der NOR-Schaltung 25 verbunden und liegt ferner an einer Ausgangsklemme Q. Die Eingangsklemme Ψ wird mit einem Eingangssignal beaufschlagt, das gegenüber dem an die Eingangsklemme T angelegten Eingangssignal entgegengesetzt ist. Die Ausgangsklemme Q liegt am Eingang der Umkehrstuf e_ 30, wogegen die Ausgangsklemme Q am Ausgang 31 der Umkehrstufe 30 liegt„ so dass das an der Ausgangsklemme Q erscheinende Ausgangssignal entgegengesetzt zu dem an der Ausgangsklemme Q auftretende Ausgangssignal ist.

In der Logikschaltung gemäss Fig. 1 entspricht ein hoher Spannungs- bzw. Stromwert einer logischen 1, während eine niedrige Spannung bzw. ein niedriger Stromwert einer logischen Ö entspricht. Die UND-Schaltungen 12, 17, 35 und 39 arbeiten in herkömmlicher Weise, wobei am Ausgang der jeweiligen UND-Schaltung eine logische 1 erscheint, wenn alle Eingänge dieser UND-schaltung mit einer logischen 1 beaufschlagt sind. Dagegen· ■ erscheint am Ausgang der jeweiligen UND-Schaltung eine logische 0, wenn zumindest einer der Eingänge mit einer logischen 0 beaufschlagt ist. Auch die NOR-Gatter 25 und 45 arbeiten in herkömmlicher Weise, so dass, wenn einer oder beide Eingänge mit einer logischen 1 beaufschlagt sind, am Ausgang eine logische 0 erscheint, wogegen eine an beiden Eingängen wirksame logische 0 eine logische 1 am Ausgang bewirkt. Die Umkehrstufen arbeiten in der Weise, dass das Ausgangssignal gegenüber dem Eingangssignal umgekehrt ist.

Das Schaltbild des binären Flip-Flop in der logischen Darstellung gemäss Fig. 1 ist in Fig., 2 dargestellt. Für den Gesamtaufbau finden zehn Oberflächen-Feldeffekttransistoren 60 bis 69 mit P-leitender Kanalstrecke und zehn Oberflächen-Feldeffekttransistoren 70 bis 79 mit N-leitender Kanalstrecke Verwendung. Jede dieser Feldeffekttransistoren ist schematisch

- 5 - - durch

309809/1091 ' '

£ K025P-852

durch eine lange, dünne Linie dargestellt, zu der parallel eine kürzere Linie verläuft, die Jeweils das Tor des Feldeffekttransistors kennzeichnet. Die Quelle der Feldeffekttransistoren ist mit- einem Pfeil gekennzeichnet, der senkrecht auf der langen Linie steht, wogegen die Senke lediglich mit einer senkrecht auf der langen Linie stehenden Linie gekennzeichnet ist. Die Richtung des Pfeiles gibt die Richtung des Stromes durch den Feldeffekttransistor an. Wenn die Pfeilspitze gegen die lange Linie weist, handelt es sich um einen Feldeffekttransistor mit P-leitender Kanalstrecke, wogegen ein von der laugen Linie wegweisender Pfeil einen Feldeffekttransistor mit N-leitender Kanalstrecke kennzeichnet. Ein Feldeffekttransistor mit P-leitender Kanalstrecke leitet ei^en Strom von der Quelle zur Senke, wenn das Tor negativ gegenüber der Quelle vorgespannt ist. Beim Feldeffekttransistor mit N-leitender Kanalstrecke fliesst ein Strom von der Senke zur Quelle, wenn das Tor positiv gegenüber der Quelle vorgespannt ist. In der beschriebenen Ausführungsform werden Oberflächen-Feldeffekttransistoren wegen der guten charakteristischen Betriebseigenschaften verwendet, obwohl auch andere Halbleiteranordnungen verwendbar sind, wie z.B. Sperrschicht-Feldeffekttransistoren oder Transistoren eines anderen Aufbaus, deren Einsatz und Verwendung für den Fachmann in Anpassung an die Erfindung keine Schwierigkeiten bereitet. In der nachfolgenden Beschreibung wird ganz allgemein der Begriff "Transistor" verwendet, obwohl die einzelnen Figuren Feldeffekttransistoren darstellen.

Die Quellen der Transistoren 60, 61 und 62 sind mit einer positiven Spannungsquelle 85 verbunden, wogegen die Senken an einer Leitung 86 liegen, die ihrerseits mit den Quellen der Transistoren 63, 64, 65, 66 und 6? verbünden ist. Die Senken der Transistoren 63, 64 und 65 Bind zusammengeschaltet und an die Gatter der Transistoren 68, 78 sowie die Senken der Transistoren 70 und 73 angelegt. Ober einen Verbindunge-

- 6 - punkt

3 09809/1091

T . Μ025Ρ-852

punkt 87 sind die Senken der Transistoren 63, 64 und 65 auch mit der Ausgangsklemme Q und den Toren der Transistoren 6? und 77 verbunden. Die Quelle des Transistors 68 liegt an der positiven Spannungsquelle 85, wogegen die Senke dieses Transistors mit der Senke des Transistors 78 verbunden ist« Die Quelle des Transistors 78 liegt an Massepotential bzw. an einer gemeinsamen Leitung 88. Das Tor des Transistors 64 ist mit den zusammengeschalteten Senken der Transistoren 68 und 78 und ferner dem Tor des Transistors 73 sowie der Ausgangsklemme Q verbunden· Die Quelle des Transistors 73 steht mit der Senke des Transistors 74 in Verbindung, wogegen die Quelle des Transistors 74 mit der Senke des Transistors 75 und der Quelle des Transistors 77 verbunden ist. Das Tor des Transistors 63 ist an das Tor des Transistors 74, das Tor des Transistors 72 sowie das Tor des Transistors 60 und die Rückstellklemme S angeschlossen. Das Tor des Transistors 65 steht mit dem Tor des Transistors 66, dem Tor des Transistors 75 und der Eingangski emme T in Verbindung. Die Quelle des Transistors 75 ist mit Masse verbunden. Das Tor des Transistors 61 liegt an der Senke der Transistoren 69 "und 79 sowie den Toren der beiden Transistoren 70 und 76 über eine Leitung 90« Das Tor des Transistors 62 ist einerseits mit dem Tor des Transistors 71 und andererseits mit der Ausgangsklemme T verbunden. Die Quelle des Transistors 70 ist mit der Quelle des Transistors 76 und der Senke des Transistors 71 verbunden, wogegen die Quelle dieses Transistors 71 mit der Senke des Transistors 72 in Verbindung steht, dessen Quelle seinerseits an Masse liegt. Die Senken der Transistoren 66 und 67 sind miteinander verbunden und an die Tore der Transistoren 69 und 79 sowie die Senken der Transistoren 76 und 77 über eine Leitung 89 angeschlossen. Die Quelle des Transistors 69 ist mit der positiven Spannungsquelle 85 verbunden, wogegen die QueLle des Transistors 79 an Masse liegt.

- 7 - Der

309309/1091

22/11267

° ΜΟ25Ρ-Ο52

Der binäre Flip-Flop gemäss Fig. 2 ist mit seinem den logischen Schaltkreis 10 und die Umkehrstufe 30 umfassenden Teil in Fig. 3 dargestellt, wogegen der den logischen Schaltkreis 11 und die Umkehrstufe 50 umfassende Teil des binären Flip-Flops in Fig. i\ dargestellt ist. Die sechs Transistoren 60, 61, 62, 71 j 72 und 75 werden sowohl im logischen Schaltkreis 10 als auch im logischen Schaltkreis 11 verwendet, so dass wegen dieser Doppelfunktion diese Transistoren sowohl in Fig. 3 als auch in Fig. 4 in Erscheinung treten. Alle übrigen Transistoren sowie die verschiedenen Anschlussklemmen entsprecheri|fienen der Fig. 2 und sind auch wie diese bezeichnet.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, umfasst der logische Schaltkreis 10 die drei Transistoren 60, 61 und 62, die bezüglich ihrer Quellmund Senken parallel zwischen die positive Spannungsquelle 85 und die Leitung 86 geschaltet sind. Die drei Transistoren 63» 64 und 65 sind mit den Quellen und Senken parallel zwischen die Leitung 86 und die Leitung 87 geschaltet. Die drei Transintoren 70, 71 und 72 nind in Serie zwischen die Leitung 87 und Masse geschaltet, was entsprechend auch für die Transistoren 73» 74 und 75 gilt. Die Tore der drei Transistoren 70, 71 und 72 sind mit entsprechenden Toren der

/Verbunden Transistoren 61, 62 und 60/und ferner an die Leitung 90, d.h. den Ausgang der Umkehrstufe sowie die Eingangsklemme T und die Rückstellklemme S angeschlossen. Die Tore der Transistoren 73, 74 und 75 sind «jeweils mit entsprechenden Toren der Transistoren 64, 63 und 65 sowie mit dem Ausgang der Umkehrstufe 30 (Ausgangsklemme Q),der Rückstellklemme S und der Eingangsklemme T verbunden. Die Leitung 87 liegt an den Gattern der Transistoren 68 und 78 (Umkehrstufe 30) und stellt den Eingang für die Umkehrstufe 30 des ersten logischen Schaltkreises 10 dar. Die sechs parallel geschalteten Transietoren 60 bis 65 benötigen als Feldeffekttransistoren mit P-leitender Kanalstrecke ein negatives Signal am Eingang, um leitend zu

- 8 - werden

309809/ 1091

5 M025P-852

werden, wogegen die sechs in Serie geschalteten Transistoren 70 bis 75 als Feldeffekttransistoren mit N-Ieitender Kanal- · strecke ein positives Signal am Tor benötigen, um die Transistoren leitend zu machen. Damit sind die drei Transistoren 60, 61 und 62 nicht leitend und die drei Transistoren 70, 7i und ^r,2 leitend, wenn immer an der Klemme 90,der Eingangsklemme T und'der Rückstellklemme S ein positives Signal wirksam ist, so dass die Leitung 87 für diesen Zustand im wesentlichen auf MassepotentiaL bzw. auf einem niedrigen Signalwert liegt. Wenn an der Aungangsklemnie Q, der Rückstellklemme S und der Eingangsklemme Γ ein positives Potential wirksam ist, sind die Transistoren 65» 64 und 65 nicht 'leitend und die Transistoren 75» 7^ und 75 leitend, so dass die Leibung 87 für diesen Znsband im wesentlichen auf Massepotential bzw. einem niedrigen Signalwerb liegt. Wenn irgendeine der Klemme 90, der Eingangsklemme T oder der Ruckstellklemme S mit einem niedrigen Pobentialwert bzw. Ilasse beaufschlagt wird, und wenn an irgendeiner der Ausgangsklemme Q, der Rückstellklemme S und der Eingangsklemme T ein niedriger Potentialwert oder Hasse wirksam ist, sind die jeweils zugeordneten Transistoren 60, 61 und 62 Leitend und die eubsprechend zugoordneben Transistoren 70, 71 und 72 nicht leitend. Bei dieser zuletzt angegebenen Ansteuerung sind auch die entsprechend zugeordneten Transistoren 6;5, 64- und 65 leitend, wogegen die entsprechend zugeordneten Transistoren 75» 74- und 75 nichb leitend sind, so dass auf der Leitung 87 im wesenbLichen das PobentLaL der positiven Spannimgsquelle 85 wirksam ist.

In Fig. 4 iat; dav zwei be logLnchti BchaLbkreis IL mit den TraunIv,boren bO, 61 und 62 dargesbellb, die mit; ihrer Quellen-Senkenstreck« ,jeweils paraLLoL zwischen die positive Spannungsqual Le 85 und die Leitung 86 geachaltot sind. Zwischen der Leibung 86 und der Leibung 8^C) liegen die beiden Transisboren 66 und 67 bezüglich ihrer QuelLon-Sunkenf} bracke ebenfalls parallel gonchalbßb. Die Transistoren 76, 71 und 72

- 9 - sind

309009/1091

10 MO25P-852

sind mit ihrer Quellen-Senkenstrecke in Serie zwischen die Leitung 89 und Masse geschaltet, was auch für die beiden Transistoren 77 und 75 zutrifft. Die Tore der drei Transistoren 76, 71 und 72 sind Jeweils mit dem zugeordneten Tor der Transistoren 6L, 62 und 60 sowie der zugeordneten Klemme 90,der Eingangsklemme T und der Ruckstellklemme S verbunden. Die Tore der Transistoren 77 und 75 Liegen an dem jeweils zugeordneten Tor der Transistoren 66 und 67 sowie der Klemme 87 und der Eingangsklemme T. DLe Leitung 89 ist mit den Toren der Transistoren 69 und 79 verbunden (Umkehrstufe 50), deren Ausgang die miteinander verbundenen Benken darstellen, die an die Klemme 90 angeschlossen sind. V/enn an dio Klemme 90, die Eingangsklemme T und die RuckstelLklemme S ein positives Potential angelegt wLrd, werden die Transistoren 60, 61 und 62 nicht leitend und die Transistoren 76, 71 und 72 leitend, so dass die Leitung 89 Lm wesentlichen auf Hassepobeiitial LLögt. Wenn die Klemme 87 und die Eingangsklemme Ψ mit einem positiven Potential beaufschlagt werden, so werden damit die Transistoren 66 und 67 Ln den nicht Leitenden Zustand und dl« Transistoren 77 und 75 Ln den Leitenden Zustand gesteuert, so dass die Leitung 89 Lm wesentlichen auf Maßsepotential LLegt. Wenn eine der KLommtm 90, der ELngungskLemme T und der Rucks tellklemme ί) auf einem niedrLgen PotentLaLwert bzw. Hasse liegt, und wenn eine der Klemme 87 oder der Eingangsklemrne T auf einem niedrigen bzw. MaBsepotentlaL Liegt, werden die entsprechend zugeordneten Transistoren 60, 61 und 62 leitend, v/ogegen die entsprechend zugeordneten Transistoren 76» 7L und 72 nicht Leitend worden. Unter den»elbcm zuletzt genannten liiidliigunKon wird dor jewu-LLn zugoordnobe Trims·L-■ ο bor 6G b:iw. 67 loLttmd und dur mitsprechend zugeordnete Transistor 77 bzw. 75 nicht LoLtcmd, £5o dass sich die Leibung 89 Lm wesentLLehen auf dem PottmbLul der positiven SpannungsqiiüLLo 85 befindet.

- LC) - Bt)L

9 809/10-91

4f M025P-852

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Rückstellklemme S während eines normalen Betriebs des binären Flip-Flops auf einem hohen Potential gehalten . Entsprechend der Darstellung gemäss.den Fig. 3 und 4 bewirkt das an der Rückstellklemme S wirksame hohe Potential, dass die Transistoren 60 und 63 nichtleitend und die Transistoren 72 und 74 leitend werden. Damit arbeitet die Schaltung, als wenn die Transistoren 60, 63» 72 und 74 nicht vorhanden wären. Mit einem positiven Potential an der Bucksteilklemme S ergibt sich die Betriebsweise des binären Flip-Flops aus den fünf dargestellten Schaltbedingungen in der Funktionstabelle gemäss Fig. 5· Wenn das Potential an der Rückstellklemme S auf Null verringert bzw. auf Massepotential gebracht wird, werden die Transistoren 60 und 63 leitend und die Transistoren 72 und 74- nicht leitend, so dass die Leitung 87 im wesentlichen auf dem Potential der positiven Spannungsquelle 85 und die Ausgangsklemme Q auf Massepotential liegt. Aus der Funktionstabelle gemäss Fig. 5 kann man entnehmen, dass die Ausgangsklemme Q auf einem niedrigen bzw. Ilassepotential und die Ausgangsklemme "Q für das invertierte ^Dignal im wesentlichen auf dem positiven Potential der Spannungsquelle 85 liegt, wenn die Rückstellklemme S mit einem niedrigen Potential bzw. Masse beaufschlagt ist. Gemäss Fig. 3 werden, wenn die Rückstellklemme S mit einem niedrigen Potential bzw. Masse beaufschlagt ist, die Transistoren 72 und 74 nicht leitend und verhindern, dass die Leitung 87 über die Serienschaltung der Transistoren unbeabsichtigt mit Massepotential beaufschlagt wird. Unter denselben Bedingungen werden die Transistoren 60 und 63 leitend, wodurch das positive Potential der Spannungsquelle 85 auf der Leitung 87 wirksam wird. Ferner gilt gemäss Fig. 4 beim Anlegen eines niedrigen Potentialwertes an die Rückstellklemme S, dass der Transistor 72 nicht leitend wird, um zu verhindern, dass die drei in Serie geschalteten Transistoren 76, 71 und 72, die Leitung 89 sowie die positive Spannungsquelle 85, wenn der binäre Flip-Flop während gewisser Bedingungen zurückgestellt wird,

- 11 - (Zustand 4

30980 9/1091

Μ025Γ-852 (Zustand 4 gemäss der Funktionstabelle) geerdet werden.

Vorausstehend wurde ein rückstellbarer binärer Flip-Flop beschrieben, der auf einen bestimmten Schaltzustand rückstellbar ist, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch ein niedriges Potential an der Ausgangsklemme Q und ein hohes Potential an der Ausgangsklemme Q unabhängig von dem Zustand oder dem Potential an den verschiedenen Eingänge- und Ausgangsklemmen des binären Flip-Flops gekennzeichnet ist. Der binäre Flip-Flop arbeitet normal, wenn das an die Hückstellklemme S angelegte Potential auf einem bestimmten Niveau gehalten wird, das im vorliegenden Beispiel einem hohen Potentialwert entspricht. Es ist jedoch offensichtlich, dass man die vorliegende Ausführungsform auch derart abändern kann, dass sowohl an der Rückstellklemme wie an den Ausgangsklemmen des Flip-Flops ein Potential liegt, das dem jeweils angegebenen Potential bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel entgegengesetzt ist. Der binäre Flip-Flop ist durch das Hinzufügen von vier weiteren Halbleiteranordnungen rückstellbar gemacht worden, so dass die Schaltung nach wie vor verhältnismässig einfach aufgebaut und leicht in integrierter Bauweise herstellbar ist.

Da die einzelnen logischedpchaltkreise des binären Flip-Flops ausschliesslich aus Transistoren und vorzugsweise aus Oberflächen-Feldeffekttransistoren herstellbar sind, lässt sich der rückstellbare binäre Flip-Flop sehr einfach und vorteilhaft in monolithisch integrierter Schaltkreisbauweise ausführen.

- 12 - Patentansprüche

309809/1091

Claims

MO25P-852

Patentansprüche

Jiückstellbarer binärer Flip-Flop aus Halbleiterbauelementen, vorzugsweise Oberflächen-Feldeffekttransistoren, dadurch gekennzeichnet, dass der Flip-Flop vier UND-Schaltungen (12, 14, 35, 39) und zwei NOR-Schaltungen (25, 45) umfasst, wobei der Ausgang der ersten und zweiten UND-Schaltung (12, 14) mit den beiden Eingängen der NOR-Schaltung (25) und die beiden Ausgänge der dritten und vierten UND-Schaltung (35, 39) mit den beiden Eingängen der zweiten NOR-Schaltung (45) verbunden sind, dass eine erste Umkehrstufe (30) an den Ausgang der ersten NOR-Schaltung (25) und eine zweite Umkehrstufe (50) an den Ausgang der zweiten NOR-Schaltung (45) angeschlossen sind, dass ferner der Ausgang.der ersten NOR-Schaltung mit einem ersten Eingang (36) der dritten UND-Schaltung und der Ausgang der ersten Umkehrstufe mit einem ersten Eingang (13) der ersten UND-Schaltung verbunden sind, wogegen der Ausgang der zweiten Umkehrstufe mit einem, dritten Eingang (20) der zweiten UND-Schaltung und einem dritten Eingang (42) der vierten UND-Schaltung verbunden ist, dass jeweils ein zweiter Eingang (14, 19, 41) der ersten, zweiten und vierten UND-Schaltung zusammengeschaltet und als Eingang für ein Rückstellsignal (S) dient, dass jeweils ein erster Eingang (18, 40) der zweiten und vierten UND-Schaltung zusammengeschaltet ist und als Eingang für ein Eingangssignal (T) dient, wogegen jeweils ein zweiter Eingang (15, 37) der ersten und dritten UND-Schaltung zusammengeschaltet ist und als Eingang für ein invertiertes Eingangssignal (T) dient,

309809/10 91

22A 1267

M025P-852

und dass der Ausgang der ersten Umkehrstufe als Ausgang für ein Ausgangssignal (Q) und der Eingang der ersten Umkehrstufe als Ausgang für ein invertiertes Ausgangssignal (Q) dient.
2. ifückstellbarer binärer Flip-Flop nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichne t, dass die erste und zweite UND-Schaltung sowie die erste NOR-Schaltung zusammen einen ersten logischen Schaltkreis (10) bilden, der aus zwölf Halbleitern, vorzugsweise Oberflächen-Feldeffekttransistoren aufgebaut ist, dass die ersten, zweiten und dritten Transistoren mit ihren Quellen und Senken parallel zwischen eine Spannungsquelle und einen ersten Anschluss (86) geschaltet sind, dass die vierten, jünften und sechsten Transistoren mit ihren Quellen und Senken parallel zwischen den ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss (87) geschaltet sind, dass die siebten, achten und neunten Transistoren mit ihrer Quellen-Sen kenstrecke in Serie zwischen den zweiten Anschluss (87) und ein Bezugspotential geschaltet sind, dass die zehnten, elften und zwölften Transistoren mit ihrer Quellen- und Senkenstrecke in Serie zwischen den. zweiten Anschluss (87) und das Bezugspotential geschaltet sind, dass das Tor des ersten, zweiten und dritten Transistors jeweils an das entsprechende Tor des siebten, achten und neunten Transistors angeschlossen ist, und dass das Tor des vierten, fünften bzw. sechsten Transistors mit dem entsprechend zugeordneten Tor des zehnten, elften bzw. zwölften Transistors verbunden ist.
3. Rückstellbarer binärer Flip-Flop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und vierte UND-Schaltung sowie die zweite NOR-Schaltung einen zweiten logischen Schaltkreis (11) bilden, der zehn Halbleiterelemente, vorzugsweise Oberflächen-

309809/ 1091

M025P-852

Feldeffekttransistoren umfasst, dass die ersten, zweiten und dritten Transistoren mit ihren Quellen und Senken parallel zwischen die Spannungsquelle und den ersten Anschluss (86) geschaltet sind, dass die vierten und fünften Transistoren mit ihren Quellen und Senken parallel zwischen den ersten Anschluss und einen dritten Anschluss geschaltet sind, dass die sechsten, siebten und achten Transistoren mit ihrer Quellen-Senkenstrecke in Serie zwischen den zweiten Anschluss und das Bezugspotential geschaltet sind, dass die neunten und zehnten Transistoren mit ihrer Quellen-Senkenstrecke in Serie zwischen den zweiten Anschluss und das Bezugspotential geschaltet sind, dass das Tor jeweils des ersten, zweiten und dritten Transistors mit dem zugeordneten Tor des sechsten, siebten und achten Transistors verbunden ist, und dass die Tore des vierten und fünften Transistors jeweils mit dem zugeordneten Tor des neunten und zehnten Transistors verbunden sind.
4. Rückstellbarer binärer Flip-Flop nach den Ansprüchen 2 und 3i dadurch gekennzeichnet, dass bei der Zusammenschaltung des ersten und zweiten logischen Schaltkreises der erste, zweite und dritte Transistor im ersten und zweiten logischen Schaltkreis sowie der achte, neunte und zwölfte Transistor des ersten logischen Schaltkreises und der siebte, achte und zehnte Transistor des zweiten logischen Schaltkreises eine Doppelfunktion für beide Schaltkreise übernehmen, wogegen die verbleibenden Transistoren jeweils eine Einzelfunktion ausführen.
5· Rückstellbarer binärer Flip-Flop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite, dritte sowie der vierte, fünfte und sechste Transistor ein Oberflächen-Feldeffekttransistor mit

309809/1091

16 M025P-852

P-leitender Kanalstrecke ist, und dass der siebte, achte und neunte sowie der zehnte, elfte und zwölfte Transistor ein Oberflächen-Feldeffekttransistor mit N-leitender Kanalstrecke ist.
6. Rückstellbarer binärer Flip-Flop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass fünf Oberflächen-Feldeffekttransistoren mit P-leitender Kanalstrecke und fünf Oberflächen-Feldeffekttransistoren mit N-leitender Kanalstrecke Verwendung finden, wobei der erste, zweite und dritte sowie der vierte und fünfte Transistor ein Oberflächen-lfeldeffekttransistor mit P-leitender Kanalstrecke und der sechste, siebte und achte sowie der neunte und zehnte Transistor ein Oberflächen-Feldeffekttransistor mit N-leitender Kanalstrecke ist.

Leerseite