DE2303157A1 - FLIP-FLOP CIRCUIT - Google Patents
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Description
Flip-Flop-Schaltung (Priorität: 28. Januar 1972, Japan, Nr. 9 870/72) Flip-flop circuit (priority: January 28, 1972, Japan, No. 9 870/72)
Die Erfindung betrifft ein Flip-Flop, insbesondere ein statisches Flip-Flop mit Feldeffekttransistoren.The invention relates to a flip-flop, in particular a static flip-flop with field effect transistors.
Flip-Flops aus Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate werden in dynamische und statische Flip-Flops unterschieden. Obwohl dynamische Flip-Flops einfach aufgebaut sind, werden statische Flip-Flops wegen ihres Speichervermögens oft bevorzugt.Flip-flops made from field effect transistors with an insulated gate are divided into dynamic and static flip-flops. Even though Dynamic flip-flops are simple in structure, static flip-flops are often preferred because of their storage capacity.
Fig. 1 der beigefügten Zeichnung zeigt ein aus Feldeffekt transistoren aufgebautes, bekanntes, statisches Flip-Flop.Fig. 1 of the accompanying drawings shows a built up of field effect transistors, known, static flip-flop.
Das in Fig. 1 gezeigte Flip-Flop enthält eine erste Umkehrstufe aus Transistoren T^1 und T^2, eine zweite Umkehrstufe aus Transistoren T. . und Τ.,-, eine dritte Umkehrstufe aus Trai sistoren T.j£ und T.„ sowie Transistoren T. _, Τ,ο uttd· T, q als Übertragungsoder Umschaltgatter. Die zweite und dritte Umkehrstufe sind in Kaskade geschaltet. Eine Ausgangsklemme der dritten Umkehrstufe ist an die eine Eingangsklemme der zweiten Umkehrstufe rückgekoppelt, und»zwar über den Transistor für das Übertragungsgatter T.Q. Die Informationen werden durch die Rückkopplungsschleife gehalten oder gespeichert. Der Inhalt der in der Rückkopplungs-The flip-flop shown in Fig. 1 contains a first inverting stage of transistors T ^ 1 and T ^ 2 , a second inverting stage of transistors T.. and Τ., -, a third reversing stage from trai sistors Tj £ and T. “and transistors T. _, Τ, ο uttd · T, q as transmission or switching gates. The second and third reverse stages are connected in cascade. An output terminal of the third inverting stage is fed back to the one input terminal of the second inverting stage, specifically via the transistor for the transmission gate TQ. The information is held or stored by the feedback loop. The content of the feedback
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schleife gespeicherten Information ist abliängig vom Ausgangs signal der ersten Umkehrstufe zur Zeit des leitenden Zustande des Transistors für das Übertragungsgatter T1-. Den Gates der Transistoren T.Q und T1Q wird ein Taktsignal 0? geführt, während ein Taktsignal 0,, dessen Phase sich von der des Signals 02 unterscheidet, dem Gate des Transistors T1- zugeführt wird.loop stored information is dependent on the output signal of the first inverter at the time of the conductive state of the transistor for the transmission gate T 1 -. The gates of the transistors TQ and T 1 Q are given a clock signal 0 ? out, while a clock signal 0 ,, whose phase differs from that of the signal 0 2 , the gate of the transistor T 1 - is fed.
Die Flip-Flop-Schaltung treibt die Belastungstransistoren Τ.., T1J. und T1 „ mit einer Gleichspannung T-p-p· TJm die Leistungsaufnahme gering zu halten, werden die Transistoren durch Taktimpulse getrieben, wobei sich die Schwierigkeit ergibt, daß die Ladung aufgeteilt wird.The flip-flop circuit drives the load transistors Τ .., T 1 J. and to keep T 1 'with a DC voltage Tpp · TJM the power consumption low, are the transistors driven by clock pulses, the difficulty arises that the charge divided will.
Als Beispiel sei angenommen, daß d<er Transistor T12 vom Taktsignal 01 getrieben wird, während die Transistoren T11- und T1,, durch das Taktsignal 02 getrieben bzw. gesteuert werden. 2s sei angenommen, daß als elektrisches Potential, das dem Gate des Transistors T1 . zugeführt wird, bevor der Transistor T1^ durch das Taktsignal 01 eingeschaltet wirä, um so eine neue Information in die Rückkopplungsschleife einzuschreiben, Massepotential verwendet wird. Demzufolge wiri in der Gatekapazität C1 des Transistors T1 . und in der Kapazität C2 der Verdrahtung zwischen den Transistoren T1 ,- und T1R usar. keine Ladung gespeichert. Darauf wird eine neue Information eingeschrieben, wobei die Gatekapazität G1 des Transistors T1 * aufgeladen wird, so daß das Gate auf das Potential Y gebracht wird. Darauf wird, wenn der Transistor T.„ durch das Taktsignal 0~ eingeschaltet wird, das Gatepotential des Transistors T1- auf V . C1Z(C1 + C2) abgesenkt, so daß unter Umständen der Transistor T1. daran gehindert wird, befriedigend zu arbeiten. Diese Erscheinung ist die Ursache von Betriebsfehlern und beschränkt den Wert der Verdrahtungskapazität . C2.As an example it is assumed that the transistor T 12 is driven by the clock signal 0 1 , while the transistors T 11 - and T 1 , are driven or controlled by the clock signal 0 2. 2s it is assumed that the electrical potential that the gate of the transistor T 1 . is supplied before the transistor T 1 ^ wirä switched on by the clock signal 0 1 in order to write new information in the feedback loop, ground potential is used. Accordingly wiri in the gate capacitance C 1 of the transistor T 1 . and in the capacitance C 2 of the wiring between the transistors T 1 , - and T 1R usar. no charge stored. New information is then written in, the gate capacitance G 1 of the transistor T 1 * being charged so that the gate is brought to the potential Y. Then, when the transistor T. "is switched on by the clock signal 0 ~, the gate potential of the transistor T 1 - to V. C 1 Z (C 1 + C 2 ) lowered so that the transistor T 1 . is prevented from working satisfactorily. This phenomenon is the cause of operational errors and limits the value of the wiring capacity. C 2 .
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein statisches Flip-Flop aus Feldeffekttransistoren zu schaffen, das mit Gleichstrom und mit TaktSignalen betrieben werden kann.The present invention is based on the object To create a static flip-flop made of field effect transistors that can be operated with direct current and clock signals.
Das erfindungsgemäße Flip-Flop enthält einen statischen Abschnitt, der aus einem ersten, mit einem ersten Lastwiderstand verbundenen Feldeffekttransistor, einem zweiten, mit einem zweiten Lastwiderstand verbundenen Feldeffekttransistor und einem dritten Feldeffekttransistor besteht, der in Reihe mit dem zweiten Feldeffekttransistor geschaltet ist. Ein Ausgangsanschluß des ersten Feldeffekttransistors ist an einen Eingang des zweiten oder dritten Feldeffekttransistors angeschlossen, während das zweite Impulssignal einem Eingang des anderen zugeführt wird. Ein Ausgangsanschluß des zweiten Feldeffekttransistors ist zur Rückkopplung an einen Eingang des ersten Feldeffekttransistors angeschlossen. Zusätzlich zu dem statischen Abschnitt enthält das Flip-Flop einen vierten Feldeffekttransistor für ein Übertragungsgatter, der zwischen eine Eingangssignalquelle 'wind den Eingang des ersten Feldeffekttransistors des statischen Abschnitts geschaltet ist und dessen Eingangsanschluß das erste Impulssignal zugeführt wird. Das erste und zweite Impulssignal unterscheiden sich in ihrer Phase.The flip-flop according to the invention contains a static section which consists of a first load resistance with a first load resistance connected field effect transistor, a second field effect transistor connected to a second load resistor and a third field effect transistor, which is connected in series with the second field effect transistor. An output terminal of the first field effect transistor is connected to an input of the second or third field effect transistor, while the second Pulse signal is supplied to one input of the other. An output terminal of the second field effect transistor is for feedback connected to an input of the first field effect transistor. In addition to the static section, the flip-flop includes one fourth field effect transistor for a transmission gate, which between an input signal source 'wind the input of the first field effect transistor of the static section is switched and whose input terminal is supplied with the first pulse signal. The first and second pulse signals differ in their phase.
Bei dieser Flip-Flop-Schaltung kann die Information stets im statischen Abschnitt gespeichert werden. Das Einschreiben einer neuen Information erfolgt derart, daß der vierte Feldeffekttransistor für das Übertragungsgatter durch das erste Impulssignal eingeschaltet wird. Hierdurch gelangt ein Eingangssignal an den Eingang des ersten Feldeffekttransistors.In this flip-flop circuit, the information can always stored in the static section. The registered one new information takes place in such a way that the fourth field effect transistor for the transmission gate is turned on by the first pulse signal. This causes an input signal to be sent to the Input of the first field effect transistor.
Anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:The invention will be described in the following on the basis of the preferred exemplary embodiments shown in the accompanying drawings explained in more detail. Show it:
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Fig. 2 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen, gleichstromgesteu-·2 shows the circuit diagram of a DC-controlled ·
erten statischen Flip-Flops;
Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm für die Flip-Flops der Fig. 3 und 4;erten static flip-flops;
Figure 3 is a timing diagram for the flip-flops of Figures 3 and 4;
und
Fig. 4 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen, taktgesteuerten
statischen Flip-Flops. 'and
4 shows the circuit diagram of a clock-controlled static flip-flop according to the invention. '
Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines aus Feldeffekttransistoren aufgebauten Flip-Flops, vrobei die Lasttransistoren durch Gleichstrom-Spannungsquellen gespeist werfen.FIG. 2 shows the circuit diagram of a flip-flop made up of field effect transistors, with the load transistors through Throw fed direct current voltage sources.
Bei der Schaltung der Fig. 2 wirken die Transistoren Tg, Tg und Tq als Belastungswiderstände. Die Gates sind je an eine Gleichspannung -Yqq. angeschlossen, während die Brains an eine Gleichspannung -Υτ)-η angeschlossen sind.In the circuit of Fig. 2, the transistors T g, T g and Tq act as load resistors. The gates are each connected to a DC voltage -Yqq. connected, while the brains are connected to a direct voltage -Υτ) -η.
Die Drains der Transistoren T. und ÜD« sind an die Sources der Lasttransistoren Tg bzw. TQ angeschlossen. Die Source des TranvSistors T. ist mit Masse verbunden, an die Source des Transistors Tp ist die Drain eines Transistors T-, angeschlossen. Die Source des Transistors T~ ist mit Masse verbunden. Ein Ausgangsanschluß des Transistors T.. , nämlich die Drain desselben, ist an den Eingang, d. h; an das Gate des Transistors T? angeschlossen. Der Ausgang des Transistors Tp ist auf den Eingang des Transistors T. rückgekoppelt. The drains of the transistors T. and ÜD «are connected to the sources of the load transistors Tg and T Q , respectively. The source of the TranvSistor T. is connected to ground, the drain of a transistor T- is connected to the source of the transistor Tp. The source of the transistor T ~ is connected to ground. An output terminal of the transistor T .., namely the drain of the same, is connected to the input, i. H; to the gate of transistor T ? connected. The output of the transistor Tp is fed back to the input of the transistor T.
Die Transistoren Tq und T^q bilden eine Umkehrstufe, deren Ausgangssignal über einen Transistor für ein Ubertragungsgatter T. dem Eingang des Transistors T^ zugeführt wird.The transistors Tq and T ^ q form an inverter, whose Output signal via a transistor for a transmission gate T. is fed to the input of the transistor T ^.
Der Transistor Tj- ist als Übertragmngsgatter geschaltet, das im leitenden Zustand das Ausgangssignal einer aus den Transistoren T^ und Tg bestehenden Umkehrstufe einer Ausgangsklemme OUT zuführt.The transistor Tj- is connected as a transfer gate, that in the conductive state the output signal of one of the transistors T ^ and Tg existing inverting stage of an output terminal OUT feeds.
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Dem Gate des Transistors TA wird ein Steuer-Taktsignal 0 und dem Gate des Transistors T„ das negierte Signal 0 zugeführt. Das Gate des Transistors T5 wird durch ein Taktsignal 02 gespeist t A control clock signal 0 is fed to the gate of the transistor T A and the negated signal 0 is fed to the gate of the transistor T ". The gate of the transistor T 5 is fed by a clock signal 0 2 t
Die Arbeitsweise des Flip-Flops der Fig. 2 soll anhand des Zeitablaufdiagramms der Fig. 3 erläutert werden.The mode of operation of the flip-flop of FIG. 2 will be explained with the aid of the timing diagram of FIG.
Fig. 3a zeigt das Taktsignal 02» Fig. 3"b ein dem Eingang IH zugeführtes Eingangssignal, Fig. 3c und 3d die Steuer-Taktsignale 0 bzw. 0 , die Fig. 3e und 3f die elektrischen Potentiale an den Punkten a bzw. b der Fig. 2 und Fig. ?g das elektrische Potential am Ausgang OUT. Im Zeitablaufdiagramm der Fig. 3 bedeutet der obere Pegel jedes Signals Massepotential, der untere Pegel ein bestimmtes negatives Potential. Die jeweiligen Transistoren sind als p-Kanal-Feldeffekttransitoren dargestellt, die leitend werden, wenn den Gates eine bestimmte negative Spannung zugeführt wird. Selbstverständlich ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt.FIG. 3a shows the clock signal 02 »FIG. 3" b an input signal fed to the input IH, FIGS. 3c and 3d the control clock signals 0 and 0, respectively, FIGS. 3e and 3f the electrical potentials at points a and b of FIG. 2 and FIG.? g, the electric potential at the output OUT. In the timing chart of Fig. 3, the upper level represents each signal ground potential, the lower level of a particular negative potential. the respective transistors are illustrated as p-channel field effect transistors, which become conductive when a certain negative voltage is applied to the gates The invention is of course not restricted to this.
Das Flip-Flop der Fig. 2 arbeitet folgendermaßen. Während der Transistor T- leitend gehalten wird, wird eine Information durch die die Transistoren T1, Tp und T, enthaltende Rückkopplungsschaltung statisch gehalten. Wenn darauf eine neue Information in die Rückkopplungsschaltung eingeschrieberywird, d. h., wenn das Steuer-Taktsignal 0 negativesrPotential annimmt, so daß der Übertragungsgatter-Transistor T, leitend wird, so wird der Transistor T, nichtleitend, dem das invertierte Signal des obigen Signals aufgedrückt wird. Das dem Gate des Transistors T1 zugeführte elektrische Potential wird auf das Ausgangspotential des Transistors T1n gebracht, das vom vorherigen Zustand unabhängig ist. Auf diese Weise wird die neue Information in die Rückkopplungsschaltung eingeschrieben. Sie wird in der Rückkopplungsschaltung statisch ge-The flip-flop of Fig. 2 operates as follows. While the transistor T- is kept conductive, information is kept static by the feedback circuit containing the transistors T 1, Tp and T,. If thereupon new information is written into the feedback circuit, that is, if the control clock signal 0 assumes negative potential, so that the transmission gate transistor T, becomes conductive, the transistor T, to which the inverted signal of the above signal is impressed, becomes non-conductive. The electrical potential supplied to the gate of transistor T 1 is brought to the output potential of transistor T 1n , which is independent of the previous state. In this way the new information is written into the feedback circuit. It is statically generated in the feedback circuit
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halten, bis der Übertragungsgattertransistor T. danach wiederum leitend wird, wodurch die nächste Einschreibung bewirkt wird.hold until the transmission gate transistor T. then again becomes conductive, causing the next enrollment.
Wie sich aus dem Zeitablaufdiagramm der Fig. 3 ergibt, wirdAs can be seen from the timing diagram of FIG
das Potential V des Gates des Trai sistors T1 (Potential am Punkt a - ιthe potential V of the gate of the trai sistor T 1 (potential at point a - ι
a) zum Potential des invertierten Signals des Eingangssignals V. , wenn das Steuer-Taktsignal 0 auf einen negativen Wert fällt.a) to the potential of the inverted signal of the input signal V., when the control clock signal 0 falls to a negative value.
JvJv
Der Zustand wird gehalten, bis das Taktsignal 0 darauf folgendThe state is held until the clock signal 0 follows it
Jv.Jv.
wieder auf negatives Potential gebracht wird. Das Ausgangspotentiäl des Transistors T., d. h. das Potential V, am Punkt b ist das umgekehrte Potential des Potentials V am Punkt a. Das Ausgangspotential Vou+ ist gegenüber dem Potential V, am Punkt b um das Taktsignal 02 verzögert.is brought back to negative potential. The output potential of the transistor T., ie the potential V, at point b is the reverse potential of the potential V at point a. The output potential V ou + is delayed in relation to the potential V, at point b by the clock signal 0 2.
Anhand Fig.4 sei ein statisches Flip-Flop beschrieben, bei dem die Lasttransistoren takt signalgesteuert sind. In Fig. 4 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 2. .A static flip-flop is described with reference to FIG which the load transistors are clock-controlled. In Fig. 4 are the same parts are denoted by the same reference numerals as in FIG. 2..
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wird dem Gate des Lasttransistors TQ das Steuer-Takt signal 0 zugeführt. Das Gate des Lasttransistors Tg wird ebenfalls mit dem Steuer-Taktsignal gespeist. Parallel zu dem Lasttransistor T,- ist ein Lasttransistor T7 geschaltet. Den Gates der Lasttransistoren T7 und T_ wird das Taktsignal 02 zugeführt.In the embodiment of FIG. 4, the gate of the load transistor T Q, the control clock signal 0 is supplied. The gate of the load transistor Tg is also fed with the control clock signal. A load transistor T 7 is connected in parallel with the load transistor T 1. The clock signal 0 2 is fed to the gates of the load transistors T 7 and T_.
Die Lasttransistoren, deren Gates die vorherbestimmten Taktsignale zugeführt werden, arbeiten folgendermaßen.The load transistors, the gates of which are supplied with the predetermined clock signals, operate as follows.
Wenn das Taktsignal 0 auf negatives Potential fällt, so wird der Lasttransistor T~ leitend und das AusgangspotentialWhen the clock signal 0 falls to negative potential, so the load transistor T ~ becomes conductive and the output potential
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-T--T-
des Transistors T10 wird "bestimmt. Der Lasttransistor T." hat einen geringen Leistungsverbrauch, da er nur dann eingeschaltet wird, wenn eine neue Information eingeschriebei/vard, d. h., nur wenn das Taktsignal 0 negativ wird.of the transistor T 10 is determined ". The load transistor T." has a low power consumption, since it is only switched on when new information is written, ie only when the clock signal 0 becomes negative.
Der Lasttransistor Tg wird ebenfalls beim Einschreiben einer neuen Information leitend, wodurch das Potential am Punkt b bestimmt wird. Falls beim Einschreiben einer Information das Massepotential der neuen Information über den Übertragungsgattertransistor T. zum Punkt a übertragen wird und damit der Punkt b auf dem Massepotential einer alten Information liegt, wird der Zustand des Flip-Flops unbestimmt. Durch den Lasttransistor Tg wird dies vermieden. Der Transistor T1 ist nämlich in diesem Fall nichtleitend und der Lasttransistor Tg leitend, so daß das Potential des Punktes b aus dem Massepotential der alten Information in das negative Potential der neuen Information umgewandelt wird.The load transistor Tg also becomes conductive when new information is written, as a result of which the potential at point b is determined. If, when writing information, the ground potential of the new information is transmitted to point a via the transmission gate transistor T. and thus point b is at the ground potential of an old item of information, the state of the flip-flop becomes indefinite. This is avoided by the load transistor Tg. The transistor T 1 is namely in this case non-conductive and the load transistor Tg conductive, so that the potential of the point b is converted from the ground potential of the old information into the negative potential of the new information.
Der Lasttransistor T7 wird leitend, wenn das Taktsignal negatives--Potential annimmt. Es bestimmt das Potential am Punkt b. Falls die Periode des Takt signals 0 lang ist, d. h., falls das Einschreibintervall einer Information groß ist, wird die Gatekapazität des Transistors Tp allmählich entladen, so daß es zu Betriebsfehlern kommt. Um dies zu vermeiden, lädt der Lasttransistor T„ die Gatekapazität des Transistors Tp während der Periode des Taktsignals 0p.The load transistor T 7 becomes conductive when the clock signal takes on negative potential. It determines the potential at point b. If the period of the clock signal 0 is long, that is, if the writing interval of information is large, the gate capacitance of the transistor Tp is gradually discharged, so that operational errors occur. In order to avoid this, the load transistor T "charges the gate capacitance of the transistor Tp during the period of the clock signal 0p.
Der Transistor Tß wird ebenfalls leitend, wenn das Taktsignal 0p negatives Potential annimmt. Hierdurch wird das Ausgangspotential des Transistors Tp bestimmt.The transistor T ß also becomes conductive when the clock signal 0p assumes a negative potential. This determines the output potential of the transistor Tp.
Bei der derart aufgebauten Flip-Flop-Schaltung liegt der Übertragungsgatterfcransistor Tfi nicht in der Rückkopplungsschleife, wie es in Fig. 1 der Fall ist, d. h., die Kapazität wird durch den Transistor T-ft nicht wie bei der Schaltung der Fig. 1 in die Kompo-In the thus-constructed flip-flop circuit of the Übertragungsgatterfcransistor T fi 1 is not in the feedback loop, as is the case in Fig. 1, that is, the capacity is determined by the transistor T is not ft as in the circuit of Fig. In the compo-
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nenten C. und Cp unterteilt, so daß Betriebsfehler^infolge der Ladungsaufteilung vermieden werden. Daher ist nicht nur eine Gleichstrom- sondern auch eine Taktsteuerung möglich.elements C. and Cp so that operational errors ^ as a result of the Load sharing can be avoided. Hence not just one DC but also clock control possible.
Pie Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern, erstreckt sich auf eine Vielzahl abgewandelter Ausführungsformen.Pie invention is not limited to the embodiments described above, but extends to one Variety of modified embodiments.
Beispielsweise kann das Steuer-Taktsignal 0- dem Gate des Transistors T? zugeführt werden, während der Ausgang des Transistors T, an das Gate des Transistors T„ angeschlossen sein kann. Ein Impulssignal, das sich in seiner Phase vom Taktsignal 0 unterscheidet, nämlich das Taktsignal 0„, kann dem Gate des Transistors Τ» oder des Transistors T- zugeführt werden. Das Taktsignal kann durch Verzögerung der Phase des Taktsignals 02 erhalten werden. Auch kann es aus einem Signal bestehen, das durch eine logische Schaltung zwischen dem Taktsignal und einem anderen Impulssignal erzeugt wird. Das Ausgangssignal kann anstatt vom Punkt b auch über den Übertragungsgattertransistor. T1- vom Ausgang des Transistors T? abgeleitet werden. Zwischen die Rückkopplungsschaltung oder den statischen Abschnitt und die Übertragungsgattertransistoren T. und T^ können verschiedene logische Gatterschaltungen wie Umkehrstufen geschaltet werden.For example, the control clock signal 0- the gate of the transistor T ? are supplied, while the output of the transistor T can be connected to the gate of the transistor T ". A pulse signal that differs in phase from the clock signal 0, namely the clock signal 0 ", can be fed to the gate of the transistor Τ" or of the transistor T-. The clock signal can be obtained by delaying the phase of the clock signal 0 2 . It can also consist of a signal that is generated by a logic circuit between the clock signal and another pulse signal. The output signal can also be via the transfer gate transistor instead of from point b. T 1 - from the output of transistor T ? be derived. Various logic gate circuits such as inverters can be connected between the feedback circuit or the static section and the transmission gate transistors T. and T.
PatentansurüchePatent claims
30983AM02330983AM023
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OHJ | Non-payment of the annual fee |