DE2359997C3 - Binäruntersetzerstufe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Binäruntersetzerstufe, bestehend aus einem Master-Flipflop und einem Slave-Flipflop, die über ein Koppelnetzwerk miteinander verknüpft sind, so daß der Schaltzustand jedes Füpflops in Abhängigkeit vom Schaltzustand des jeweils anderen Flipflops änderbar ist. und die außerdem betriebsspannungsmäßig in Serie geschaltet sind.

Binäruntersetzerstufen nach dem Master-Slave-Prinzip sind in großer Anzahl bekannt und finden vor allem in digitalen Computern und anderen Datenverarbeitungssystemen verbreitete Anwendung. Bekannt sind derartige Binäruntersetzerstufen beispielsweise aus den US-Patenten 34 37 840, 34 40 449, 36 21289 und 22 810. Grundsätzlich enthalten sie zwei bistabile Schaltungen, also Flipflops, von denen das eine als Master und das andere als Slave bezeichnet wird. Diese beiden Flipflops sind so miteinander verbunden, daß der Schaltzustand jedes Flipflops in Abhängigkeit vom Schaltzustand des anderen Flipflops änderbar ist.

Binäruntersetzurstufen haben bei den beispielsweise angegebenen Anwendungsgebieten eine große Bedeutung, da sie bei arithmetischen Operationen, logischen Operationen, bei der Zeitgebung und bei der Steuerung eingesetzt werden. Nach dem Master-Slave-Prinzip arbeitende Untersetzerstufen sind anderen Arten von Untersetzerstufen in mehrerer Hinsicht überlegen, was insbesondere für den Betrieb und die Betriebssicherheit gilt. Diese Untersetzerstufen werden nach Möglichkeit

bevorzugt eingesetzt. Außerdem ist ihre Anwendung immer dann notwendig, wenn die Impulsdauer der Eingangssignale über einen weiten Bereich schwanken kann. Dies trifft im allgemeinen für Zähler zu.

Allerdings ist festzustellen, daß diese bekannten Master-Slave-Flipflops einen wesentlichen Nachteil aufweisen, der ihren Einsatz häufig nicht vorteilhaft erscheinen läßt Die Ursache dafür ist, daß bei den bekannten Schaltungen das Master-Flipflop und das Slave· Flipflop parallel an die Betriebsspannung angeschlossen sind. Das beudetet, daß der Gesamtbetriebsstrom der Binäruntersetzerstufe gleich der Summe der Ströme in den beiden Flipflops ist. Es ist also ein relativ hoher Leistungsverbrauch festzustellen, der in vielen Fällen zu hoch ist und deswegen den Einsatz anderer Binäruntersetzerstufen notwendig macht, die hinsichtlich der Funktionssicherheit und der Betriebseigenschaften weniger vorteilhaft sind.

Aus diesem Grunde ist man, wie es der US-PS 36 1? 776 zu entnehmen ist, übergegangen, die beiden Ffipflops betriebsspannungsmäß/g in Serie zu schalten, so daß sich der Leistungsbedarf reduzieren läßt.

Nachteilig bei dieser Schaltungsanordnung ist, daß sich aufgrund der betriebsspannungsmäßigen Serienschaltung eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Flipflops, insbesondere während der Schaltvorgänge, nicht ausschließen läßt. Die Schaltungsanordnung erfordert fiine Taktierung, für die zwei zusätzliche Eingänge vorzusehen sind.

Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Binäruntersetzerstufe des Master-Slave-Prinzips anzugeben, die einen beträchtlich reduzierten Leistungsbedarf aufweist, bei der eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Flipflops praktisch aufwandslos ausgeschaltet ist und bei der eine Taktierung nicht erforderlich ist.

Die Lösung dieser Ausgabe ist im Anspruch 1 niedergelegt. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 anhand eines Blockschaltbilds die Wirkungsweise einer bekannten, mit einem Master-Slave-Flipflop ausgestatteten Binäruntersetzerstufe,

Fig. 2 das Schaltbild einer bekannten, mit einem Master-Slave-Flipflop ausgestatteten Binäruntersetzerstufe. und

Fig. 3 das Schaltbild einer erfindungsgemäß ausgebauten Binäruntersetzerstufe mit Master-Slave-Flipflop.

In der F i g. 1 ist die bekannte Grundschaltung einer Binäruntersetzerstufe dargestellt, die mit einem Master-Slave-Flipflop aufgebaut ist. Die Binäruntersetzerstufe hat folgende Wirkungsweise: liegt am Eingang E ein hohes und am Eingang Fein niedriges Potential, so leitet der Transistor ζ) 5p und der Transistor Q 6p ist gesperrt. Dabei sind die beiden Transistoren mit ihren Emittern verbunden und an einen gemeinsamen Widerstand R 1 Ip gelegt, so daß sie einen Stromübernahmeschalter bilden. Angenommen, das Slave-Flipflop sei gesetzt, so liegt der Ausgang C hoch und der Basis-Emitterübergang des Transistors Qip ist in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Damit fließt der Kollektorstrom des Transistors Q5p über den Transistor ζ) Ip. Das Masler-Flipflop wird gesetzt, das bedeutet, daß der Ausgang A hoch und der Ausgang B tief liegt. Wird nun an den Eingang fdas hohe und an den Eingang E das

niedrige Potential angelegt, so wird der Transistor Q 5p gesperrt und der Transistor Q 6p leitend. Der Kollektorstrom des Transistors Q 6p fließt über den Widerstand Q 4p. Das Slave-Flipflop wird zurückgestellt, so daß der Ausgang Cdas hohe und der Ausgang Ddas niedrige Potential annimmt.

Mit Beginn des nächsten Zyklus wird Transistor QSp wiederum leitend, da an den Eingang £das hohe und an den Eingang E das niedrige Potential angelegt wird. Nunmehr fließt jedoch der Kollektorstrom über den ,,, Transistor Q2p und stellt das Master-Flipflop zurück. Dadurch erhält man am Ausgang A das niedrige und am Ausgang ßdas hohe Potential. Wird nun an den Eingang £das niedrige und an den Eingang £das hohe Potential angelegt, so leitet der Transistor Q 6p und sein Kollektorstrom fließt über den Transistor Q 3p. Dadurch wird das Slave-Flipflop gesetzt, so daß ein ganzer Zyklus abgeschlossen ist. Ausgangssignale der Biiiäruntersetzerstufe können sowohl an den Ausgängen A und B des Master-Flipflops als aach an den Ausgängen C und D des Slave-Flipflops abgenommen werden.

In Fig. 2 ist nun die Schaltung einer bekannten Binäruntersetzerstufe dargestellt. Die sechs Schalttransistoren Q Xp bis C 6p haben hier die gleiche Funktion _>-, wie die entsprechend bezeichneten Transistoren in Fig. 1. Das Master-Flipflop enthält zwei Transistoren Q Tp und QSp, die mit zugeordneten Lastwiderständen R Ip, R6p und R2p, RTp verbunden sind. Der gemeinsame Anschluß der Widerstände R \p und R 6p n. ist über einen Emitterfolger-Transistor Q 9p mit der Basis des Transistors QSp verbunden. In entsprechender Weise ist der gemeinsame Anschluß der Widerstände R2p und RTp über einen Emitterfolger-Transistor QIOp mit der Basis des Transistors QTp verbunden. ; Diese Kreuzkopplung bewirkt in üblicher Weise das bistabile Verhalten des Flipflops.

Die Basen der Transistoren QTp und QSp sind über Widerstände Λ 5p und R6p'm\\ dem oberen Anschluß eines Widerstandes R 9p verbunden, an dem gleichzeitig ji, die Emitter der Transistoren Q 7p und Q Sp liegen. Der untere Anschluß des Widerstandes R9p liegt an Masse. Die Emitterfolger-Transistoren QMp und Q\2p übertragen das nicht invertierte und das invertierte Ausgangssignal der Kollektoren der Transistoren QTp λ-, und QSp. Der Kollektor des Transistors QXp ist mit dem Setzeingang am gemeinsamen Anschluß der Widerstände R 2p und R Tp verbunden. Der Kollektor des Transistors Q2p liegt am Rückstelleingang am gemeinsamen Anschluß der Widerstände R Ipund R 6p. vi

Das Slave-Flipflop enthält die beiden Widerstände ζ) 13p und Q 14p, die über Emitterfolger-Transistoren Q 15p und Q 16p kreuzgekoppelt sind. Die Kollektoren der Transistoren Q 13p und Q 14p sind an zugeordnete Lastwiderstände R 3p und RAp angeschlossen. Der ■-,■-> untere Anschluß des Widerstands R 10p liegt an Masse, während sein oberer Anschluß mit den Emittern der Transistoren Q 13p und Q 14p und gleichzeitig mit den unteren Anschlüssen der Widerstände RTp' und RSp' verbunden ist. Die oberen Anschlüsse dieser beiden tu Widerstände liegen an den Basen der Transistoren Q 13p und Q 14p. Der Kollektor des Transistors ζ) 3p ist an den Seizeingang an der Basis des Transistors Q 15p geführt. Der Kollektor des Transistors Q 14p liegt am Rückstelleingang an der Basis des Transistors Q 16p. b5 Die Eingänge A, B, C, D an den Basen der Schalttransistoren Q4p, Q3p, QXp und Q2p sind ebenso wie in F i g. 1 bereits dargestellt mit den zugeordneten Ausgängen des Masters- und des Slave-Flipflops verbunden.

Von ausschlaggebender Bedeutung ist, daß das Master-Flipflop und das Slave-Fiipilop parallel zwischen dem positiven Anschluß Ktpder Betriebsspannung und Masse eingeschaltet sind. Das beudetet, daß der Strom vom positiven Anschluß VIp der Betriebispannungsquelle in zwei aus den beiden Flipiiops bestehenden Pfaden nach Masse fließt. Dieser Strom fließt auch über den aus den Transistoren Q 5p und Q 6p bestehenden Stromübernahmeschalter. Nimmt man einen Nennstrom von einem Milliampere für jedes Flipflop und für den Stromübernahmeschalter an, so ergibt sich ein Gesamtstrom von drei Milliampere. Beträgt die positive Spannung bezogen auf Masse 5 Vol'„ so weist die bekannte Binäruntersetzerstufe einen Leistungsverbrauch von 15 Milliwatt auf. Für manche Anwendungen mag dieser Leistungsbedarf tragbar sein, es gibt aber viele Anwendungsfälle, bei dem dieser Leistungsbadarf zu hoch wäre und die Verwendung einer derartigen Binäruntersetzerstufe nicht zuließe. Dieses Problem kann durch Verwendung der erfindungsgemäßen Binäruntersetzerstufe, wie sie beispielsweise in F i g. 3 dargestellt ist, umgangen werden.

Beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind die Komponenten, die bereits in der bekannten Schaltung verwendet sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei lediglich der Index »p« weggelassen ist.

Das Master-Flipflop enthält zwei Schalttransistoren QT, QS, die wiederum über Emitterfolger-Transistoren Q 9 und Q 10 kreuzgekoppelt sind. Der Kollektor des Transistors QT ist an zwei in Serie geschaltete Lastwiderstände RX und R 6 geführt, während der Kollektor des Transistors QS an in Serie geschaltete Lasttransistoren R 2 und RT angelegt ist. Der gemeinsame Anschluß der Widerstände RX und R 6 liegt an der Basis des Transistors Q9. Der gemeinsame Anschluß der Widerstände R 2 und R 7 liegt an der Basis des Transistors Q 10. Der Emitter des Transistors Q 9 ist über einen Widerstand R 6' mit der Basis des Transistors ζ)8 und der Emitter des Transistors Q 10 ist über einen Widerstand R 5' mit der Basis des Transistors QT verbunden. Die Basis des Transistors QT steht mit dem oberen Anschluß des Widerstandes Λ 5 in Verbindung, dessen unterer Anschluß mit der Anode einer Diode D6 verbunden ist. Die Kathode dieser Diode liegt an Masse. Die Basis des Transistors QS liegt am oberen Anschluß des Widerstandes R 6, dessen unterer Anschluß mit der Anode der Diode D 6 verbunden ist. Die Emitter der Transistoren Q T und QS sind über einen gemeinsamen Widerstand R9 nach Masse geführt.

Das an der Leitung L liegende Potential stellt gleichzeitig die obere Betriebsspannung für das Maste;-Flipfiop und die untere Betriebsspannung für das Slave-Flipflop dar. Die Kollektoren der Transistoren Q9 und QlO des Master-Flipflops und die oberen Anschlüsse der Lastwiderstände R 1 und R2 liegen an der Leitung L Die eigentliche Betriebsspannung für die gesamte Untersetzerstufe ist mit V1 bezeichnet. Zwei in Serie geschaltete Dioden D 1 und D 2 verbinden aus den nachstehend angegebenen Gründen den Anschluß Vl der Betriebsspannung mit der Leitung L

Das Slave-Flipflop enthält zwei Schalttransistoren Q 13 und Q 14, deren Lastwiderstände R3 und R4 an den Anschluß VX der Betriebsspannungsquelle gelegt sind. In die Kopplungszweiee sind Widerstände R 12

und R 13 eingefügt. Die Basis des Transistors Q 13 ist über einen Widerstand Rl an die Leitung L gelegt. In entsprechender Weise liegt die Basis des Transistors ζ) 14 über einen Widerstand RS an dieser Leitung. Die Emitter der Transistoren ζ) 13 und Q\4 sind mit dem oberen Anschluß eines Widerstandes R 10 verbunden, dessen unterer Anschluß an der Leitung L liegt. Eine Schottky-Diode SB 1 verbindet den Kollektor und die Basis des Transistors Q 13. Eine weitere Schottky-Diode SB 2 liegt zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors Q 14.

Die Schalttransistoren Q\ bis Q6 entsprechen den Schalttransistoren Q \p bis Q%p der bekannten Schaltung nach den Fig. 1 und 2. Die Emitter der Transistoren ζ)5 und ζ)6 sind mit dem oberen Anschluß eines Wiucrsiäriucs η I! veru'unucn, dessen unterer Anschluß an Masse geführt ist. Am Eingang fund damit an der Basis des Transistors QS wirddas nichtinvertierte Eingangssignal und am Eingang fund damit an der Basis des Transistors Q6 das invertierte Eingangssignal zugeführt. Kollektor und Basis der Transistoren ζ) 6 und Q5 sind jeweils über eine Schottky-Diode SB9 bzw. SB 10 miteinander verbunden.

Der Kollektor des Transistors QS ist an die Emitter der Transistoren Q 1 und C 2 geführt. Der Kollektor des Transistors Q6 steht mit den Emittern der Transistoren Q3 und <?4 in Verbindung. Die Basis des Transistors Ql ist über einen Widerstand /?15 mit dem einen Anschluß eines Widerstandes R 16 verbunden, dessen anderer Anschluß an der Anode einer Diode DS liegt. Entsprechend ist die Basis des Transistors Q 2 über einen Widerstand R 14 mit dem einen Anschluß eines Widerstandes R 16 verbunden. Kollektor und Basis der Transistoren QX und Q2 sind jeweils über eine Schottky-Diode SB8 bzw. SB 7 miteinander verbunden. Der Kollektor des Transistors Q 1 liegt am Setzeingang des Master-Flipflops, d. h. an der Basis des Transistors Q\Q.

Zwei Transistoren ζ) 17 und Q18 sind mit ihren Kollektoren an den positiven Anschluß Vl der Betriebsspannungsquelle gelegt. Die Basis des Transistors Q 17 ist mit dem RUcksteiieingang an der Basis des Transistors Q\A verbunden. Die Basis des Transistors C18 steht mit dem Setzeingang an der Basis des Transistors Q13 in Verbindung. Der Emitter des Transistors QYl liegt an der Anode einer Diode D3, deren Kathode mit dem Anschluß C an der Basis des Transistors Q 1 verbunden ist.

Zwei Transistoren Q19 und Q 20 sind mit ihren Emittern über Widerstände Λ 21 und R 22 an Masse gelegt. Die Basen der Transistoren Q 19 und Q 20 liegen nm Rückjtsüsinirari" Der Kol!ek^Tor des Transistors Q 19 ist mit dem Kollektor des Transistors Q 8 und der Kollektor des Transistors Q 12 ist mit der Basis des Transistors Q 17 verbunden.

Es sei nun zunächst der Ablauf einer Rücksteiioperation beschrieben. Zunächst wird den Basen der Transistoren ζ) 19 und Q 20 über den Rückstelleingang ein Impuls zugeführt so daß beide Transistoren kurzzeitig leiten. Ober den Kollektorstrom des Transistors Q 20 wird das Basispotential des Transistors Q 14 abgesenkt, so daß dessen Kollektorstrom reduz.ert wird. Das hat aber auch zur Folge, daß der Spannungsabfali am Kollektorlastwiderstand R 4 abnimmt, so daß die Basis des Transiuors ζ) 13 positiver wird. Da der Kollektorstrom des Transistors ζ) 13 ansteigt, erhöht sich auch der Spannungsabfall am Lastwiderstand /?3. so daß das Basispotential des Transistors Q14 abgesenkt wird. Der ablaufende Rückkopplungsvorgang endet damit, daß der Transistor Q 14 gesperrt und der Transistor Q 13 leitend ist, was dem rückgesiellten Schaltzustand des Slave-Flipflops entspricht.

Der Rückstellimpuls am Kollektor des Transistors Q 19 erhöht den Spannungsabfall am Widerstand R 2, so daß das Basispotential des Emitterfolger-Transistors ζ) 10 erniedrigt wird. Damit wird auch die Ausgangsspannung am Emitter abgesenkt, die über die Widerstände R 5' und R 5 an die Basis des Transistors Q 7 gelegt wird. Der Kollektorstrom des Transistors 07 wird reduziert, wodurch der Spannungsabfall am Lastwiderstand R 1 vermindert wird. Das bedeutet aber, daß das Potential an der Basis des Transistors ζ) 9 ansteigt und die erhöhte Spannung an die Basis des Transistors ζ>8 weitergeleitet wird. Durch den Transistor QS fließt demnach ein höherer Strom, so daß die Kollektorspannung weiter reduziert wird. Der ablaufende Rückkopplungsvorgang endet damit, daß der Transistor Q 7 gesperrt und der Transistor QS leitend ist, was dem gesetzten Schaltzustand des Master-Flipflops entspricht.

Der Rückstellimpuls muß genügend stark gewählt werden, damit er den anfänglichen Beharrungszustand des Stromübernahmeschalters Q 5, Q 6 überwinden kann. Es ist jedoch zu bemerken, daß der Stromübernahmeschalter QS, Q 6 die Rückstelloperation unterstützt, sobald das Master-Flipflop und das Slave-Flipflop die Mitte des Umschaltvorganges erreicht haben. Dies sei im folgenden erläutert.

Bei der Rückstelloperation bleiben die Anschlüsse A und D auf einem niedrigen und die Anschlüsse ßund C auf einem hohen Potential.

Es wird nummehr die Wirkungsweise des Slave-Flipflops und der stabilisierenden Dioden beschrieben. Das Slave-Flipflop ist so ausgelegt, daß es eine relativ niedrige Spannung an den Anschlüssen »setzen« und »rückstellen« liefert, die nach einer durch die Emitterfolger ζ) 17 und QiS bewirkten Pegelverschiebung dazu verwendet wird, an den Anschlüssen C und D ein Differenzsignai von mindestens 0,i Volt zu erzeugen. Dadurch wird der Strom des Transistors QS entweder über Transistor Q 1 oder über Transistor Q 2 geleitet.

Da das Slave-Flipflop nur eine relativ niedrige Ausgangsspannung liefern muß, benötigt es auch nur eine geringe Betriebsspannung. Diese Tatsache wird in vorteilhafter Weise dadurch ausgenützt, daß das Slave-Flipfiop mit nur einer Betriebsspannung von 1,5 Volt betrieben wird, was etwa dem Spannungsabfall an zwei Dioden entspricht. Die verbleibende restliche Betriebsspannung wird ^n dES Mastcr-Fünfirm ^ele^t das in den meisten Anwendungen schneller sein muß und auch eine Differenzspannung am Ausgang von mindestens 1 Volt liefern muß. Die Emitter der beiden das Siave-Fiipflop bildenden Transistoren Q13 und ζ) 14 sind miteinander verbunden und an den gemeinsamen Widerstand R 10 geführt.

Der Widerstand R10 wirkt stabilisierend, da er während des Schaltvorganges eine Gegenkopplung darstellt Da jedoch die für das Slave-Flipflop zur Verfugung stehende Betriebsspannung begrenzt ist ist der Wert des Widerstandes R 10 klein gewählt so daß der an ihm auftretende Spannungsabfall auf etwa 0,1 Volt begrenzt ist

Leitet der Transistor Q 4, so fließt sein Kollektorstrom über die Widerstände R 3 und R12 und bewirkt dort einen beträchtlichen Spannungsabfall. Damit wird

das Potential an der Basis des Transistors Q14 vermindert, so daß der Kollektorstrom dieses Transistors ebenfalls reduziert wird. Der verminderte Kollektorstrom reduziert den Spannungsabfall am Lastwiderstand /?4, was zur Folge hat, daß die Spannung am Kollektor von Transistor QH ansteigt und damit über den Widerstand R 13 die Spannung an der Basis des Transistors C? 13 anhebt. Der Kollektorstrom des Transistors Q13 steigt und die Kollektorspannung nimmt ab. Durch die reduzierte Kollektorspannung des Transistors Q13 wird das Basispotential des Transistors Q14 weiter vermindert. Dieser Rückkopplungsvorgang endet damit, daß der Transistor ζ) 13 voll leitet und der Transistor Q14 voll gesperrt ist.

Würde der Strom nicht durch den Transistor Q 4, sondern durch den Transistor Q 3 fließen, würde ein umgekehrter Rückkopplungsvorgang einsetzen, wobei am Ende der Transistor Q13 gesperrt und der Transistor Q14 leitend wäre.

Während zu Beginn des Schaltvorganges der Strom durch den Transistor Q 3 (oder Transistor Q 4) fließt und die Spannung an der Basis des Transistors Q13 (oder Transistor Q14) erniedrigt, wobei der Transistor Q14 (oder Transistor Q13) bereits gesperrt ist, hört der Transistor Q13 (oder Transistor Q14) auf, Strom zu ziehen. Dadurch beginnt die Kollektorspannung in Abhängigkeit von der gesamten an den Anschlüssen der Widerstände R3 und R12 (oder A4 und Λ13) wirkenden Streukapazität langsam anzusteigen. Während dieser Zeitperiode bleiben somit beide Transistoren Q13 und Q 14 gesperrt. Das Slave-Flipflop zieht nur einen geringen Strom bis die Kollektorspannung soweit erhöht ist, daß der andere Transistor leitend wird und den Rückkopplungsvorgang einleitet

In der Zeitperiode, in der das Slave-Flipflop nur einen geringen Strom zieht, sind die Dioden D1 und D 2 dafür verantwortlich, daß im Master-Flipflop ein konstanter Betriebsstrom aufrechterhalten wird. Da der Spannungsabfall an den Dioden außerdem praktisch konstant ist, haben sie zusätzlich eine stabilisierende Wirkung auf die Spannung auf der Leitung L während des Schaltvorganges.

Wenn die Transistoren QVS, Q 20, QX oder Q 2 leiten, um den Schaltvorgang des Master-Flipflops einzuleiten, liefern die Dioden außerdem den gesamten Extrastrom, so daß das Slave-Flipflop vom Schaltvorgang des Master-Flipflops praktisch unbeeinflußt bleibt

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Dioden die Spannung auf der gemeinsamen Versorgungsleitung L zwischen dem Master- und dem Slave-Flipflop stabilisieren und damit praktisch alle unerwünschter. Kopplungen zwischen den beiden eliminieren. Während der Gesamtstrom im Master-Flipflop stets größer als der Gesamtstrom im Slave-Flipflop ist und der Oberschuß von den Dioden geliefert wird, ist der Dicdenstrom stets größer als 0, was zur Folge hat daß die stabilisierende Wirkung stets vorhanden ist Da ferner das Slave-Flipflop keine sehr hohe Schaltgeschwindigkeit aufweisen muß (sein Schaltvorgang muß während der halben Dauer des Eingangssignals abgeschlossen sein), ist eine einfache Kreuzkopplung über die Widerstände R12 und R13 ausreichend. Die Widerstände R 7 und R 8 bewirken eine Kollektorspannungsverschiebung, so daß an den Basen der Transistoren Q13 und Q14 geeignete Potentiale anliegen. Die Werte dieser Widerstände richten sich nach dem zulässigen Leistungsverbrauch und nach der zulässigen Zeitverzögerung.

Es sei nun die Wirkungsweise des Master-Flipflops näher betrachtet. Das Master-Flipflop besteht im wesentlichen aus den beiden kreuzgekoppelten Transistoren Ql und QS, deren Emitter über einen gemeinsamen Widerstand Λ 9 geführt sind. Die Gesamtlastwiderstände sind jeweils auf die etwa gleich großen Widerstände R 1, R 6 und R 2, R 7 aufgeteilt. Dadurch wird die über die Emitterfolger-Transistoren Q 9 und QtO und die Widerstände R 5' und R 6' an die

ίο Basen der Transistoren Q7 und QS angelegte Differenzspannung reduziert. Die Widerstände R 5', R 5 und /?6', Λ 6 bewirken eine Pegelanpassung für die Basen der Transistoren Q 7 und Q S. Durch geeignete Wahl dieser Widerstände lassen sich an den Basen der Transistoren Q 7 und Q S die gleichen Potentiale wie an den Basen der Transistoren Q 55 und Q 6 erzeugen. Man erreicht damit den Vorteil, daß der Eingang einer nachfolgenden identischen Binäruntersetzerstufe direkt an die Basen der Transistoren Q 7 und QS gekoppelt werden kann. Zusätzliche Pufferschaltungen und/oder Pegelschieber sind also zwischen aufeinanderfolgenden Binäruntersetzerstufen nicht erforderlich. Auch dadurch wird der Gesamtleistungsverbrauch und die Gesamtverzögerungszeit einer ganzen Untersetzerkette reduziert Mit Hilfe der Diode D6 wird ein ziemlich konstanter, schwach positiver Schaltungsknoten erzeugt, an den die Widerstände R 5 und R 6 angelegt werden können. Auf diese Weise können die Widerstandswerte reduziert werden, was eine Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit zur Folge hat. Die Anode der Diode D 5 liefert zusammen mit dem Widerstand R16 ein ähnliches Ergebnis, indem ein positiv vorgespannter Knoten für die Widerstände R 14 und R 15 erzeugt wird.

Wird das Potential an der Basis des Transistors Q10 abgesenkt (durch Einschalten von Transistor Q1 oder Transistor Q19), so wird das Potential an der Basis des Transistors Q 7 über Transistor Q10 und Widerstand R 5' reduziert Damit steigt die Kollektorspannung des Transistors Q 7 und hebt das Basispotential der Transistoren Q 9 und QS an. Der Transistor QS zieht einen höheren Strom und senkt dadurch seine Kollektorspannung weiter ab. Der Rückkopplungsvorgang setzt ein, und endet damit, daß der Transistor QS leitet und der Transistor Q 7 gesperrt ist Ein entsprechender, aber umgekehrter Vorgang läuft ab, wenn der Transistor Q 2 anstelle der Transistoren Q1 und Q 9 in den leitenden Zustand gebracht wird. Am Ende des Schaltvorganges ist dann Transistor Q 7 leitend und Transistor QS gesperrt

so Der gesetzte oder der rückgestellte Schaltzustand des Master-Flipflops wird über die mit den Basen der Transistoren Q 9 und Q10 verbundenen Transistoren Q 3 und Q 4 zum Slave-Flipflop übertragen. Die Transistoren Q 3 und QA wirken als Puffer und verhindern eine Belastung des Master-Flipflops durch den mit dem Setzen oder Rückstellen des S!ave-Flipflops verbundenen Stromfluß.

Schließlich sei noch die Wirkungsweise der den Stromübemahmeschalter bildenden Transistoren <?5 und Q 6 beschrieben. Es sei angenommen, der Rückstellimpuls sei nicht vorhanden, so daß die Transistoren <?19 und Q 20 leitend sind. Femer sei angenommen, am Eingang fliege das hohe Potential, so daß der Transistor Q 5 leitet Der Kollektorstrom des Transistors Q 5 fließt über den Transistor Qt, da der Anschluß C auf dem hohen und der Anschluß D auf dem niedrigen Potential liegt Auf diese Weise wird das Basispotential des Transistors Q10 abgesenkt und der

gesetzte Schaltzustand des Master-Flipflops sichergestellt. Nun wird am Eingang £das Potential abgesenkt und am Eingang E angehoben, was zur Folge hat, daß Transistor Q 6 leitet. Der Kollektorstrom dieses Transistors fließt über den Transistor Q 3, da sich der Anschluß B auf dem hohen und der Anschluß A auf dem niedrigen Potential befindet. Der Strom durch den Transistor <?3 zieht das Basispotential des Transistors Q13 nach unten, so daß der Kollektorstrom reduziert wird. Die Kollektorspannung dieses Transistors steigt an, so daß auch das Basispotential des Transistors Q14 über den Widerstand R 12 angehoben wird.

Die Rückkopplung vom Kollektor des Transistors Q14 zur Basis des Transistors Q13 über den Widerstand R13 bewirkt das Umschalten des Slave-Flipflops vom rückgestellten in den gesetzten Schaltzustand, so daß am Ende des Vorganges am

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Anschluß D das hohe und am Anschluß C das niedrige Potential liegt. Wird am Eingang Edas Potential wieder abgesenkt und am Eingang E angehoben, so fließt der Strom des Transistors Q 5 über den Transistor Q 2 und nicht mehr über den Transistor Q 1. Das Basispotential des Transistors Q 9 wird abgesenkt, da am Widerstand R 1 ein höherer Spannungsabfall auftritt. Der Rückkopplungsvorgang beim Master-Flipflop setzt ein und endet im rückgestellten Schaltzustand, bei dem der Anschluß ßauf dem hohen und der Anschluß A auf dem niedrigen Potential liegt. Wird anschließend wieder der Eingang E auf das hohe und der Eingang E auf das niedrige Potential umgeschaltet, so fließt der Strom des Transistors Q 6 nicht mehr durch den Transistor Q 3 sondern durch den Transistor Q4. Das Slave-Flipflop wird dann in den rückgestellten Schaltzustand gebracht. Damit ist der Zyklus abgeschlossen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Binäruntersetzerstufe, bestehend aus einem Master-Flipflop und einem Slave-Flipflop, die über ein Koppelnetzwerk miteinander verknüpft sind, so daß der Schaltzustand jedes Flipflops in Abhängigkeit vom Schaltzustand des jeweils anderen Flipflops änderbar ist, und die außerdem betriebsspannungsmäßig in Serie geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die betriebsspannungsmäßige Verbindung der beiden Flipflops über einen gemeinsamen Schaltungsknoten (L) erfolgt und daß das Slave-Flipflop durch einen zusätzlichen, zwischen dem einen Anschluß der Betriebsspannungsquelle (VX) und dem Schaltungsknoten (L) verlaufenden Strom weg (Di, D 2) überbrückbar ist, über den ein Teil des Betriebsstromes direkt zum Mister-Flipfiop fließt.

2. Binäruntersetzerstufe nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsumschaltung zur Konstanthaltung der Betriebsspannung eines der Füpflops vorgesehen ist.

3. Binäruntersetzerstufe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Stromweg und die Spannungsregelschaitung aus einer gemeinsamen Schaltung bestehen.

4. Binäruntcrseuerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Stromweg mindestens eine Diode enthält.

5. Binäruntersetzerstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsregelschaltung mindestens eine Diode enthält.

6. Binäruntersetzerstufe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Schaltung aus mindestens einer gemeinsamen Diode gebildet ist.