DE2302652A1 - Zweiphasiges schieberegister - Google Patents

Description

Zwei£hasiges_Schieberegister

Priorität: 21. Januar 1972, Japan, Nr. 7594/72

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schieberegister vom Typ der integrierten Schaltkreistechnik und betrifft insbesondere ein zweiphasiges Schieberegister mit Ladungsteilung.

In den Fig. 1a und 1b sind Schaltbilder eines Beispiels für 'ein derartiges zweiphasiges Schieberegister gezeigt, bei dem die herkömmliche Ladungsteilung vorgenommen wird. In diesen Figuren bedeuten T1 bis T6 MOS-Feldeffekttransistoren, wobei T1 bis T 3 der erste, zweite bzw. dritte Transistor einer Speicherschaltung M1 in einer bestimmten Stufe und T4 bis T6 der erste, zweite bzw. dritte Transistor einer Speicherschaltung M2 in der darauffolgenden Stufe sind .Mit 01 bis 04 sind Kondensatoren bezeichnet, wobei 01 und 02 der erste bzw. zweite Kondensator in der Speicherschaltung M1 und 03 und 04 der erste bzw. zweite Kodensator der Speicherschaltung M2 sind. 05 ist ein zwischen der Ausgangsklemme OUT und Erde eingeschalteter Kondensator; 01 und 02 sind die Eingangsklemmen zur Aufnahme von TaktSignalen, die ebenfalls mit 01 bzw. ^bezeichnet sind; V,, ist eine ßpannungsquelle und I eine Eingangsklemme , der beispielsweise ein Datensignal zugeführt wird.

ORIGINAL INSPECTED

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Im einzelnen ist gemäß Fig. 1b eine Eingangselektrode des Transistors T1 mit der Gate-Elektrode des Transistors TJ verbunden, während die Gate-Elektrode des Transistors T1 mit der Gate-Elektrode des Transistors T2, einer der Ausgangselektroden des Transistors T2 und der Taktsignal-Eingangsklemme 01 verbunden ist. Wie ferner ersichtlich, ist eine der Ausgarigselektroden des Transistors T3 mit der anderen Ausgangselektrode des Transistors T2 verbunden, während die andere Ausgangselektrode des Transistors T3 mit einer der Ausgangselektroden des zweiten Transistors T2 verbunden ist. Der Kondensator C1 liegt zwischen der Eingangselektrode des Transistors T1 und Erde, während der Kondensator G2 zwischen der Ausgangselektrode des Transistors T1 und Erde liegt. Die Transistoren T1 bis T3 und die Kondensatoren C1 und 02 bilden, wie erwähnt, die Speicherschaltung M1 einer gegebenen Stufe.

In der Speicherschaltung M2 der darauffolgenden Stufe sind der erste, der zweite und der dritte Transistor T4, TJ? und Ϊ6 sowie der erste und der zweite Kondensator G-J und C4· in gleicher Weise miteinander verknüpft wie der erste, der zweite und der dritte Transistor T1, T2 und T3 sowie der erste und der zweite Kondensator G1 und G2 in der Speicherschaltung M1. Die beiden Speicherschaltungen M1 und M2 sind so miteinander verbunden, daß das von einer der Ausgangselektroden des Transistors T3 der Speicherschaltung M1 abgeleitete Ausgangssignal der Eingangselektrode des Transistors T4 der Speicherschaltung M2 zugeführt wird. Wie gezeigt, tritt das von der einen Ausgangs elektrode des Transistors T6 der Speicherschaltung M2 abgeleitete Ausgangssignal an der Ausgangsklemme OUT auf.

Es sei angenommen, daß die Kondensatoren G1 bis C5 jeweils die Ka pazitäten C1 bis C5 haben.

Bei dem herkömmlichen zweiphasigen Schieberegister mit dem obigen Aufbau wird das Potential am Punkt P aufgrund der L_adungsteilung der Kondensatoren C3 und C4- erhöht, wie dies in Fig. 3d mit Vpa gezeigt ist; daher läßt sich ein stabiler Betrieb nicht erwari.en, wenn das Kapazitätsverhältnis C4-/C3 nicht größer als etwa 5 oder

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6 gewählt wird. Andererseits beansprucht ein derart hohes Kapaun täfcsverhältnis große Flächen und eine geerdete Leitung. Es
wird allgemein davon ausgegangen, daß bei der In-tegration von
Schaltungen, etwa Schieberegistern, die Verwendung einer Schaltung ohne Verhältnis -e- -vorteilhafter ißt als einer Verhältnisschaltung; jedoch ruft die Verwendung einer solchen Schaltung das Problem der Ladungsteilung hervor und macht vorsichtigen Schaltungsentwurf erforderlich. Aus diesem Grund
sind bisher vierphasige Schaltungen anstelle von zweiphasigen
verwendet worden.

Zur Lösung der genannten Probleme sieht die Erfindung eine Ladungstej lung für ein zweiphasiges Schieberegister vor, bei dem zwischen der Eingangselektrode des ersten Transistors und der Taktsignal-Eingangsklemme ein dritter Kondensator angeordnet ist. Bei dieser Anordnung vermittelt die bewirkte Ladungsteilung in dem Schieberegister einen hoch-stabilen Betrieb selbst bei einem Kapazitätsverhältnis zwischen dem zweiten und dem ersten Kondensator
von nur1, was den Schaltungsentwurf leichter macht. Da es nicht erforderlich ist, für den ersten und den zweiten Kondensator
große Kapazitätswerte zu wählen, genügt die Kapazität eines .
pn-Ubergangs zum Aufbau des Registers, und es ist keine geerdete Leitung erforderlich, wodurch sich der Flächenbedarf erheblich reduziert.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführurigsbeispiels anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert; in den Zeichnungen zeigen im übrigen Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines zweiphasigen Schieberegisters, bei dom die erfindungsgemäße Phasenteilung angewendet wird;

5 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der bekannten Schaltung nach Fig. 1 und der erfjndungsgemäßen Schaltimg nach Fig. 2; und
Fig. 4- ein Diagramm zur Darstellung des Potentials an dem Sohaltungspunkt P im stationären Zustand der Schaltung nach Fig.1 bzw. Fig. 2.

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In Fig. 2 werden Tür gleiche Schaltungselemente die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in den Fig. 1a und 1b.

Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1b insofern, als jeweils zwischen der Eingangselektrode des ersten Transistors T1 bzw. T4 der Speicherschaltungen IvH, M2 und der Taktsignal-Eingangskiemme

01 bzw. 02 ein dritter Kondensator 06 bzw. C7 aus Siliziumdioxid eingeschaltet ist. Es sei angenommen, daß diese Kondensatoren 06 und C7 Kapazitäten von C6 bzw. C7 haben.

Die Arbeitsweise des Registers wird im folgenden anhand von Fig. erläutert. Es sei angenommen, daß an der ?)ingangsklemme IN das in Fig. 3c gezeigte Datensignal In liegt. Wird der Taktsignal-Eingangskiemme 01 das in Fig. 3a gezeigte Taktsignal 01a zugeführt, so werden die Transistoren T1 und Ϊ2 leitend, und das Datensignal Ina wird durch den Transistor TI an die Gate-Elektrode des Transistors T3 durchgelassen, wobei sich der Kondensator 02 auflädt. Gleichzeitig wird auch der Transistor T3 leitend, und die Kondensatoren 03 und 07 der Speicherschaltung M2 in der darauffolgenden Stufe laden sich auf. Aus diesera Grund sinkt das Potential am Punkt P gemäß Fig. 3d plötzlich ab und wird wegen de-s Bezugspotentials negativ; nach Unterbrechung des Taktsignals 01a nimmt das Potential am Punkt P einen konstanten negativen Wert an. Bei Auftreten des Taktsignals 02a an der Taktsignal-Eingangskiemme

02 werden die Transistoren T4 und T5 eingeschaltet, während die Transistoren T2 und T3 abschalten. Dementsprechend erfolgt über den Transistor T4 eine Ladungsteilung zwischen den Kondensatoren 03, 04 und 07. Die in den Kondensatoren C3 und 07 gespeicherte Ladung wird nämlich teilweise abgeführt, und der Kondensator 04 lädt sich auf. Vor Anlegen des Taktsignals 02 an die Taktsignal-Eingangskiemme 02 hatte diese Erdpotential; bei Anlegen des Taktsignals nimmt die Eingangsklemme 02 das negative Potential Yqq. an. Infolgedessen wird das Potential am Punkt P stärker negativ als das oben genannte Potential Vpa und erreicht gemäß Fig. 3d den Wert Vpb. Hat das Potential am Punkt P vor Anlegen des Taktimpulses 02 den Wert Vpo, so läßt sich das Potential Vpb am Punkt P ausdrücken durch die Gleichung

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^C7^VGG

C_{3 +1} C_{4 +} C₇

Das Potential am Punkt P ändert sich gemäß Fig.3d und kehrt nach Auftreten des Taktimpulses 01b an der Taktsignal-Eingangsklemme 01 auf das ursprüngliche Bezugspotential zurück.

Wegen der oben erwähnten Ladungsteilung fliessen Ladungen in den Kondensator 04; werden nun die Kapazitäten -der drei Kondensatoren 03, 04 und 07 beispielsweise gleich groß gewählt, so wird das Potential am Punkt P im stationären Zustand seinem Absolutwert nach ziemlich hoch.

In dem Diagramm nach Fig. 4 ist an der Ordinate das Potential Vpb am Punkt P im stationären Zustand und an der Abszisse das Kapazitätsverhältnis 04/03 mit dem Kapazitätsverhältnis 07/03 als Parameter dargestellt. Wird insbesondere das Kapazitätsverhältnis G4/C3 größer als o,4 und das Kapazitätsverhältnis O7/O3 grosser als o,3 gewählt, so liegt die Kurve 12, die das Potential Vpb am Punkt P zum Zeitpunkt der Ladungsteilung angibt, über,der Kurve 11, die das Potential Vpa am Punkt P gemäß der herkömmlichen Ladungsteilung nach Fig. 1 angibt. Das Potential Vpb am Punkt P wird also stärker negativ als das frühere Potential Vpa.

Das Potential an dem Schaltungspunkt Q wird gemäß Fig. 3e aufgrund der Ladungsteilung plötzlich negativ und nimmt nach Unterbrechung des Taktsignals 02a einen konstanten Wert von VQb an, der stärker negativ ist als das frühere Potential VQa. Wie oben erwähnt, wird der Kondensator 04 durch die Ladungsteilung aufgeladen, und gleichzeitig schaltet der Transistor T6 ein. Infolgedessen tritt an der Ausgangsklemme OUT gemäß Fig. 3f ein Signal Out auf, das dem Eingangssignal um ein Bit nacheilt und sich ähnlich wie das Signal nach Fig. 3d ändert. Nach Auftreten des Taktsignals 02b an der Taktsignal-Einfc;angsklemme 02 kehrt das Potential am Punkt Q gemäß Fig. 3e in seinen Ausgangszustand zurück, und das Ausgangssignal an der Ausgangsklemme OUT erreicht gemäß Fig. 3f einen konstanten Wert, nachdem es sich gemäß R geändert hat.

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Der oben beschriebene Vorgang wiederholt sich.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersiehtIioh., vermittelt die Anwendung einer Ladungsteilung bei einem zweiphasigen Schieberegister gemäß der Erfindung eine stabile Arbeitsweise selbst bei einem Kapazitätsverhältnis zwischen dem zweiten und dem ersten Kondensator von nur 1 und erleichtert den Schaltungsentwurf im Vergleich zu der Ladungsteilung nach dem Stand der üüechnik. Auch brauchen die Kapazitäten des ersten und des zweiten Kondensators nicht so groß zu sein, und es wird möglich,' solche Kapazitäten lediglich durch die Kapazitäten von pn-Übergängen zu bilden; eine geerdete Leitung ist nicht erforderlich. Ferner läßt sich der Platzbedarf gegenüber dem Stand der Technik um 5o bis 60 % reduzieren, was sehr vorteilhaft ist.

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Claims (1)

1. Zweiphasiges Schieberegister mit zwei in aufeinander folgenden Stufen befindlichen Speicherschaltungen gleichen Aufbaus, von denen jede einen ersten Transistor zum Schalten, einen zweiten Transistor als Lastwiderstand und einen dritten Transistor zur Steuerung umfaßt, wobei der erste. Transistor mit seiner Eingangselektrode an eine Eiiigangsklemme, mit seiner Ausgangselektrode an die Gate-Elektrode des dritten Transistors und mit seiner Gate-Elektrode an die Gate-Elektrode und eine Ausgangselektrode des zweiten Transistors sowie eine Taktsignal-Eingangsklemme angeschlossen ist, wobei der dritte Transistor mit seiner einen Ausgangselektrode an die andere Ausgangselektrode des zweiten Transistors und mit seiner anderen Ausgangselektrode an die eine Ausgangselektrode des zweiten Transistors angeschlossen ist, wobei das von der einen Ausgangselektrode des dritten Transistors in der Speicherschaltung der einen Stufe abgeleitete Ausgangssignal der Eingangsklemme in der Speicherschaltung der darauffolgenden Stufe zugeführt wird, und wobei zwischen der Eingangselektrode des ersten Transistors und Erde ein erster Kondensator und zwischen der Ausgangselektrode des ersten Transistors und Erde ein zweiter Kondensator eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Speicherschaltung (M1, K2) zwischen der Eingangselektrode des ersten Transistors (T1, T4) und der Taktsignal-Eingangsklemme (01, 02) ein dritter Kondensator (C6, C7) eingeschaltet ist, um den ersten Transistor ('J-¹⁷O in der Speicherschaltung (M2) der darauffolgenden Stufe durch die anliegenden Taktsignale einzuschalten, so daß das Po-

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   tential an dor Eingangs electrode des ersten Transistors in der »Speicho i'.ocha] tung dieser darauffolgenden Stufe bei Ladun^stei-Ιυυ^ an den Kondensatoren (CjJ, C4, C7) einen größeren Potentialunterf5Chie;d gegenüber dem Bezugepotential erfährt.

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