DE2417149A1 - Dynamische, logische zaehlschaltung - Google Patents
Dynamische, logische zaehlschaltungInfo
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- H03K23/00—Pulse counters comprising counting chains; Frequency dividers comprising counting chains
- H03K23/40—Gating or clocking signals applied to all stages, i.e. synchronous counters
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- Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
Böblingen, C. /pril 1974
heb-oh
Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, K.Y. 10504
Ämtl. Aktenzeichen- Neuanmelöung
Älctenzeichen der Anmelderin: KI 972 029
Dynamische, logische Zählschaltung
Die Erfindung betrifft eine neuartige, dynamische, logische Zählschaltung.
Digitale Zählschaltungen v/erden meist unter Verwendung von bistabilen Schaltkreisen aufgebaut, die kettenartig
zusammengeschaltet sind, so daß immer dann, wenn eine der Stufen von einer logischen 1 auf eine logische 0 umschaltet, die nächstnachfolgende
Stufe ihren Zustand ändert. Eine andere allgemein übliche Ausführungsform für digitale Zählschaltungen verwendet
Addierschaltungen, in denen der Betrag zum augenblicklichen Zählerstand hinzuaddiert wird, um die der Zähler v/eitergeschaltet
werden soll.
Keine dieser bekannten Zählschaltungen läßt sich jedoch leicht
mit Hilfe von dynamischen, logischen Schaltkreisen aufbauen, da jede dynamische, logische Torschaltung eine beträchtliche Zeit
braucht, um eine Entscheidung auszuführen. Aus diesem Grund arbeiten in Kettenschaltung mit bistabilen Schaltkreisen aufgebaute
Zählschaltungen, wenn man sie mit dynamischen, logischen Schaltkreisen aufbaut, nur mit sehr geringen Geschwinüxgkeiten.
Obgleich mit Addierschaltungen aufgebaute Zähler oft schneller arbeiten als diese Kettenschaltungen, so sind diese Schaltungen
immer noch langsamer als gewünscht und erfordern eine wesentlich höhere Anzahl von logischen Schaltkreisen und benötigen
dabei in integrierten Schaltungen wesentlich mehr Raum als opti-. mal erwünscht ist.
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Eine dritte bekannte Art dynamischer, logischer Zählschaltungen enthält eine ziemlich komplexe logische Steuerschaltung, die
Eingangssignale von allen Zählstufen aufnimmt und daraus parallele
logische Entscheidungen ableitet und damit den Zustand der richtigen Zählstufen ändert und somit den Zähler in seine nächste
Zählstufe weiterschaltet. Da alle logischen Entscheidungen im
wesentlichen parallel zueinander getroffen werden und daher während des gleichen Zeitintervalls stattfinden, kann ein solcher
durch eine Steuerschaltung gesteuerter Zähler für eine Fortschaltung relativ wenig Zeit benötigen. Ein Ausführungsbeispiel einer
solchen Zählschaltung ist in der US-Patentschrift 3 654 441 offenbart. Der durch eine logische Steuerschaltung gesteuerte
Zähler hat jedoch den ganz wesentlichen Nachteil, daß er sehr komplexe logische Schaltkreise benötigt. Außerdem können Zähler,
die eine sehr große Anzahl von Zählstufen aufweisen, nicht gebaut werden, da die maximale Anzahl von Eingängen für UND-Torschaltungen
oder ODER-Torschaltungen, die für eine bestimmte
Familie von dynamischen, logischen Schaltkreisen festgelegt ist, sehr rasch überschritten wird, wenn man dynamische, logische
Schaltkreise so miteinander verbindet, daß alle logischen Entscheidungen während der gleichen Zeit getroffen werden können.
Die maximale Anzahl von Eingängen, die mit einem logischen Schaltkreis verbunden werden können, bestimmt sich natürlich im wesentlichen
aus Überlegungen in bezug auf die Reihenimpedanz, die Kapazität und ähnlicher Eigenschaften des Schaltkreises.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die Zähl- oder Schaltgeschwindigkeit
eines dynamischen, logischen Digitalzählers zu verbessern, während gleichzeitig die für den Aufbau eines solchen
Zählers erforderliche Anzahl von dynamischen, logischen Schaltkreisen möglichst klein gehalten wird.
Insbesondere soll bei dem neuartigen,dynamischen, logischen
Zähler die einem dynamischen, logischen Schaltkreis eigene Exgenverzogerung benutzt werden, um eine logische Entscheidung
herbeizuführen, und zwar in Schiebestufen oder Schieberegister-
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stufen, die das Signal zum Fortschalten des Zählers innerhalb der Zählschaltung weiterschalten, synchron mit dem Umlauf des
Inhalts jeder dynamischen, logischen Umlaufspeicherstufe des
Zählers.
Vor allen Dingen soll dabei die an sich hohe Geschwindigkeit von durch Steuerschaltungen gesteuerten Zählschaltungen ausgenutzt
werden, während gleichzeitig deren Nachteile dadurch überwunden werden, daß man solche Zähler als Speicherstufen mit mehreren Betrieb
szuständen oder Unterzählerschaltungen in Kombination mit dynamischen, logischen Schieberegisterschaltungen für die Fortschaltung
des Zustandes oder des Zählerstandes eines nächstnachfolgenden Unterzählers verwendet, wenn der entsprechende
Unterzähler der Schieberegisterschaltung einen vorbestimmten Zählerstand oder Zustand erreicht hat.
Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen im einzelnen angegeben.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 die ersten drei Stufen einer Zählschaltung ge
mäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als logisches Blockschaltbild;
Fig. 2 Impulsdiagramme der an den verschiedenen Knoten
punkten der Schaltung in Fig. 1 auftretenden Spannungen;
Fig. 3 ein logisches Blockschaltbild einer logischen
UKD/ODER/UND/Inverterstufe, wie sie in den
Ausführungsformen der Figuren 1, 5,6 und 7
benutzt wird;
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Fig. 4 die Einzelheiten einer mit Feldeffekttransistoren
aufgebauten Ausfuhrungsform des logischen Blockschaltbildes
in Fig. 3;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungs-
form der Erfindung;
Fig. 6 ein logisches Blockschaltbild der Schiebere
gisterschaltungen in Fig. 5; und
Fig. 7 ein logisches Blockschaltbild eines 3-stufigen
Unterzählers, von dem fünf insgesamt in Fig. 5 verwendet werden.
Da die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
unter Verwendung von dynamischen, logischen Schaltkreisen mit Feldeffekttransistoren aufgebaut werden soll, erscheint es für
ein gutes Verständnis der Erfindung zweckmäßig zu sein, zunächst anhand der Figuren 3 und 4 die hier verwendeten dynamischen,
logischen, mit Feldeffekttransistoren aufgebauten Schaltkreise
zu erläutern. Diese Schaltkreise für sich allein stellen noch nicht die Erfindung dar. Die Verwendung ihrer Eigenverzögerung,
wenn sie entsprechend der noch zu beschreibenden Anordnung miteinander verbunden werden, ergibt die wesentlichen Vorteile, die
für die vorliegende Erfindung in Anspruch genommen werden. Selbstverständlich ist dem Fachmann ohne weiteres klar, daß für die
anschließend beschriebenen dynamischen, logischen Schaltkreise auch andere Schaltkreise ausgewählt werden können, ohne daß man
sich dabei vom Wesen oder Anwendungsbereich der Erfindung abwendet.
Jeder dynamische, logische Schaltkreis enthält mindestens drei Feldeffekttransistoren, von denen mindestens zwei mit verschiedenen
von vier sich nicht überlappenden phasenverschobenen Taktsignalen angesteuert werden, die mit Q1, Q2, Q3 und Q4 bezeichnet
sind. Beispielsweise besteht die Inverterstufe 305 der Fig. 3
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gemäß Fig. 4 aus einem Feldeffekttransistor 451, dessen Drain-Elektrode
mit einer positiven Spannungsquelle +V und dessen Source-Elektrode mit einem Knotenpunkt 452 verbunden sind, während
die Gate-Elektrode mit dem Taktsignal der Phase 03 verbunden ist.
Der Transistor 451 lädt zunächst den Knotenpunkt 452 während jedes durch die Phase 3 gegebenen Zeitintervalls auf eine positive
Spannung auf. Die Transistoren 453 und 455 sind zwischen dem Knotenpunkt 452 und dem Erdbezugspotentialpunkt in Fig. 4 in Reihe
eingeschaltet. Wenn daher ein Signal F mit positiver Spannung an der Gate-Elektrode des Transistors 453 auftritt, wird dieser
leitend und entlädt den Knotenpunkt 452 während der Zeit der Phase 4 als Entscheidungsintervall über den Transistor 455 nach
Erdbezugspotential, wobei während dieser Zeit der Transistor 455 leitend ist. Während der nachfolgenden Intervalle für die Phase
1 und 2 tritt ein Signal G luit niedrigem Potential am Knotenpunkt
452 auf, da ein Signal F mit hohem Potential während des vorhergegangenen Zeitintervalls der Phase 4 am Knotenpunkt 444 aufgetreten
war. Auf diese Weise invertiert die Inverterstufe 350 das durchlaufende Signal und verzögert es gleichzeitig.
In gleicher Weise sind Transistoren 441 und 443 mit Drain-Source-Elektrodenkopplung
zwischen die positive Spannungsquelle tind den Knotenpunkten 446 bzw. 444 eingeschaltet. Während des Zeitintervalls
der Phase 1 werden die Knotenpunkte 446 und 444 auf eine positive Spannung aufgeladen. Ebenso sind die Transistoren 445
und 449 mit Drain-Source-Elektrodenkopplung zwischen die Knotenpunkte
444 und 446 bzw. 448 und Erdbezugspotential eingeschaltet, so daß die Ladung am Knotenpunkt 444 und 446 während dem Entscheidungsintervall
der Phasenzeit 2 nach Erdbezugspotential abgeleitet wird, wenn die zwischen Knotenpunkt 446 und 448 liegenden
Transistoren alle leitend sind. Die zwischen den Knotenpunkten 446 und 448 liegenden Transistoren bilden die logischen UND-Torschaltungen
bzw. UND-Glieder 320 und 330 sowie die logische ODER-Schaltung bzw. das ODER-Glied 310. Werden beispielsweise
positive Signale A und B den Gate-Elektroden der Transistoren 43.1
und 433 zugeleitet, dann werden diese leitend und eine Strombahn
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v/ird zwischen dem Knotenpunkt 445 und dem Knotenpunkt 448 entsprechend
einer UND-Verknüpfung aufgebaut. Wenn in gleicher Weise ein positives Signal C und entweder eine positive Spannung als
Signal D, oder eine positive Spannung als Signal E dem Transistor 321 und ara Transistor 411 bzw. 413 zugeführt wird, wird eine
zweite Strombahn vorn Knotenpunkt 446 nach dem Knotenpunkt 448
hergestellt, die ebenfalls die logische UND-Verknüpfung der Torschaltung
320 darstellt und die ODER-Funktion der ODER-Inverterterstufe
340. Dadurch, daß entweder der Transistor 411 oder aber der Transistor 413 einen leitenden Stromkreis zwischen Knotenpunkt
412 und Knotenpunkt 448 herstellen kann, wird die ODSR-Verknüpfung
der ODER-Torschaltung 310 hergestellt. Während der
folgenden Zeitintervalle der Phase 3 und der Phase 4 wird dann ein Signal F mit hohen. Potential erzeugt, wenn weder die UND-Torschaltung
320 noch 33Of die mit der ODER-Inverterstufe 340 verbunden
sind, den oben beschriebenen leitenden Stromkreis zwischen Knotenpunkt 446 und Knotenpunkt 448 bilden.
Im nachfolgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
beschrieben. Drei Stufen eines gemäß der Erfindung aufgebauten BinärZählers sind in Fig. 1 dargestellt. Der Zähler in
Fig. 1 enthält eine Anzahl als dynamische, logische Umlaufspeicherstuf
en aufgebaute Stufen, die als Verriegelungsschaltungen mit der logischen Funktion UKD, ODER und IiTVERTIEREK mit den
Eezugszeichen 11, 33 und 39 bezeichnet sind. Die Verriegelungsschaltung jeder Speicherstufe enthält wahre Ausgangsleitungen,
die mit +BIT 1, +BIT 2 und +BIT 3 bezeichnet sind, sowie invertierte Ausgänge, die mit -BIT 1, -BIT 2 und -BIT 3 bezeichnet
sind. Die Verriegelungsschaltung jeder Speicherstufe enthält außerdem nach Art eines Umlaufspeichers einen invertierten Eingang
zur Aufnahme eines Fortschaltesignals sowie einen gleichartig aufgebauten Sperreingang für die Aufnahme eines Rückstellsignals.
Im vorliegenden Fall sind die wahren und invertierten Ausgänge der Verriegelungsschaltung 11 mit 13 bzw. 15 bezeichnet,
während die nach Art eines Umlaufspeichers geschalteten invertierten und der Sperrung dienenden wahren Eingänge mit 17 bzw.
19 bezeichnet sind.
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Jede der oben beschriebenen Verriegelungsschaltungen besteht aus
einer UND/ODER-Torschaltung und zwei Inverterstufen. Beispielsweise
besteht die Verriegelungsschaltung der Speicherstufe 11 aus
einer UND/ODER-Torschaltung mit den UND-Torschaltungen 43 und 45,
deren Ausgänge mit der ODER/Inverterstufe 41 verbunden sind. Der
Ausgang der ODER/Inverterstufe 41 ist mit dem Eingang einer Inverter
stufe 47 verbunden. Der Ausgang der Inverterstufe 47 ist
der wahre Ausgang der Verriegelungsschaltung 11, der mit einem Eingang der UND-Torschaltung 43 verbunden ist, so daß ein durchschaltbarer
positiver Rückkopplungs-Stromkreis besteht, wodurch sich diese Schaltung verriegeln läßt. Der Ausgang der Inverterstufe
47 ist mit dem Eingang einer Inverterstufe 49 verbunden, deren Ausgang als invertierter Ausgang der Verriegelungsschaltung
der Speicherstufe 11 gilt. Der Ausgang der Inverterstufe 49 ist mit einem Eingang der üND-Torschaltung 45 verbunden und ergibt
einen invertierten Rückkopplungs-Stromkreis zur Änderung des Zustandes der Verriegelungsschaltung 11, wenn ein aktives Fortschaltsignal
am Eingang 17 aufgenommen wird und die UKD-Torschaltung 45 einstellt und ein aktives Rückstellsignal am Eingang 19
aufgenommen wird, das die UED-Torschaltung 43 sperrt und dadurch
den positiven Rückkopplungs-Stromkreis einschaltet und gleichzeitig den negativen Rückkopplungs-Stromkreis sperrt.
Jede der soeben erwähnten Speicherstufen wirkt als Speicher für einen Binärwert (eine logische 1 oder eine logische 0) einer Bitposition
mit der Wertigkeit 1, 2, 4, 8 usw. einer Binärzahl, wie
dies ganz allgemein bekannt ist.
Die durch-die Erfindung bewirkte Abweichung vom Stand der Technik
liegt nunmehr im wesentlichen darin, wie ein in den zuvor genannten Speicherstufen gespeicherter Zählerstand fortgeschaltet
wird.
Jede Speicherstufe des in Fig. 1 dargestellten Zählers hat für die Weiterschaltung des in dem Zähler eingespeicherten Zählerstandes
zur entsprechenden Änderung des Zustandes der jeweiligen
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richtigen Speicherstufe eine zugeordnete Verschiebestufe. Beispielsweise
ist der Verriegelungsschaltung 33 in Bitposition 1 eine Verschiebestufe 35 zugeordnet, der Verriegelungsschaltung
in Bitposition 2 ist eine Verschiebestufe 21 und der Verriegelungsschaltung 39 eine Verschiebestufe 37 zugeordnet. Jede dieser
Verschiebestufen hat einen Fortschalteingang ADV zur Aufnahme eines Fortschaltsignals für den Zähler. Der Fortschalteingang
für die Verschiebestufe 21 ist mit 23 bezeichnet. Jede Verschiebestufe enthält dynamische, logische Schaltkreise zur Verzögerung
des Fortschalt-Eingangssignals und unter entsprechenden Umständen zum Sperren des Fortschalt-Eingangssignals. Wenn keine Sperrung
vorgenommen wird, wird das verzögerte Fortschalt-Eingangssignal
als Fortschalt-Ausgangssignal auf eine Ausgangsleitung 25 gegeben
und stellt ein rückgekoppeltes invertiertes Signal für die zugehörige Verriegelungsschaltung dar und schließt den Rückkopplungs-Stromkreis
vom invertierten Ausgang der Verriegelungsschaltung,
so daß diese ihren Zustand von einer logischen 1 nach einer logischen 0, oder von einer logischen 0 nach einer logischen
1 ändert. Die Änderung des Zustandes der Verriegelungsschaltung einer mit einer Verschiebestufe verbundenen Speicherstufe
wird dadurch vervollständigt, daß der Rückkopplungs-Stromkreis vom wahren Ausgang der Verriegelungsschaltung mit einem
Rückstellsignal von einem Ausgang, wie z.B. Ausgang 27 der Verschiebestufe,
gesperrt wird.
Jede Verschiebestufe ändert nicht nur den Zustand der zugeordneten
Speicherstufe, sondern schaltet auch das aufgenommene
Fortschaltsignal nach einer Verzögerung um die Zeit weiter, die für die Rückkopplung der dynamischen, logischen Verriegelungsschaltung erforderlich ist. Auf diese Weise wird das Fortschaltsignal
der nächstfolgenden Verschiebestufe zugeführt. Jede Verschiebestufe,
beispielsweise die Stufe 21, hat außerdem einen Sperreingang, wie z.B. den Sperreingang 31, der mit dem wahren
Ausgang der vorhergehenden Speicherstufe verbunden ist. Ein Sperreingangssignal verhindert bei jeder Verschiebestufe die zuvor
beschriebenen Schritte, wie Fortschalten, Rückstellen oder
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Weitersehalten der Fortschalt-Ausgangssignale von einer Verschiebestufe,
wenn immer eine vorhergehende Speicherstufe, mit
der die Verschiebestufe verbunden ist, vor der Fortschaltung eine logische 0 enthält. Auf diese Weise wird dann, wenn eine Speicherstufe
einer Bitposition von einer logischen 0 nach einer logischen 1 durch ihre entsprechende Verschiebestufe geändert wurde, das
weiterübertragene Fortschaltsignal daran gehindert, den Zustand nachfolgender Speicherstufen höherwertiger Bitpositionen zu
ändern.
In Fig. 1 ist ein vollständiges logisches Schaltbild innerhalb der gestrichelten Linie 21 der der Verriegelungsschaltung 11 zugeordneten
Verschiebestufe dargestellt. Das zuvor erwähnte Fortschaltsignal wird einem Eingang einer logischen UND-Torschaltung
51 zugeleitet, während das zuvor erwähnte Sperreingangssignal 31
dem anderen Eingang der UND-Torschaltung 51 über eine Inverterstufe
53 zugeführt wird. Wenn immer an dem Sperreingang kein Signal anliegt, wird die UND-Torschaltung 51 betätigt und liefert
an ihrem Ausgang ein Fortschaltsignal, das sowohl dem Ausgang 25 als auch dem Eingang der Inverterstufen 55 und 57 zugeführt wird.
Der Ausgang der Inverterstufe 57 ist am Ausgang 27 angeschlossen und liefert ein Rückstellsignal, während der Ausgang der Inverterstufe
55 mit dem Ausgang 29 verbunden ist und dort ein verzögertes und weiterübertragenes Fortschaltsignal zur Verwendung durch
die nächstfolgende Verschiebestufe, wie z.B. die Stufe 37, liefert
.
Im Zusammenhang mit Fig. 2 soll eine Beschreibung der Arbeitsweise
des Zählers in Fig. 1, Schritt für Schritt, gegeben werden.
Dabei soll zunächst angenommen werden, daß der Zähler in Fig. 1 die Binärzahl 100 gespeichert enthält. Das heißt, in Bitposition
1 liegt eine logische 1, während in den Bitpositionen 2 und 3 logische Nullen gespeichert sind. Wie zuvor im Zusammenhang mit '
den dynamischen, logischen Schaltkreisen der Fig. 3 und Fig. 4
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beschrieben wurde, arbeitet jeder dynamischer, logischer Schaltkreis
während wiederholter Folgen sich nicht überlappender Phasenzeitabschnitte 1 bis 4. Der in Fig. 2 mit +BIT 1 bezeichnete
Impuls zeigt, wie der Inverter 61 in Fig. 1 ständig die +BIT 1-Leitung
während der Zeit der Phase 3 auf eine positive Spannung auflädt. Aus diesem Grund erscheint die Zahl 3 innerhalb des
Blocks des Inverters 61. Da angenommen wurde, daß die Verriegelungsschaltung
33 eingestellt ist und eine logische 1 enthält, folgt daraus, daß der Ausgang des Inverters 61 während des Entscheidungsintervalls
202 in der Phase 4 nicht entladen wird, so daß ein positives Signal am Ausgang +BIT 1 der Verriegelungsschaltung
33 der Fig. 1 während der folgenden Phasenintervalle 1 und 2 zur Verfügung steht. Da angenommen war, daß die Verriegelungsschaltung
11 eine logische 0 enthält, zeigt das Impulsdiagramm
von +BIT 2 in Fig. 2, daß der Ausgang +BIT 2 während des Zeitintervalls der Phase 3 auf eine positive Spannung aufgeladen
wird und während der Entscheidungszeitintervalle 202 und 206 während der Phase 4 auf Erdpotential entladen wird. Somit liegt
also das Impulsdiagramm für +BIT 2 während der Phasenintervalle 1 und 2 auf Erdbezugspotential. In gleicher Weise werden die Impulsdiagramme
-BIT 1 und -BIT 2 in Fig. 2 durch Invertieren erhalten und sind gegenüber +BIT 1 bzw. +BIT 2 um ein Phasenzeitintervall
verzögert. Wegen der fortgesetzten Rückführung von logischen Einsen und Nullen innerhalb der Verriegelungsschaltungen
33 und 11, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, sei auf das Impulsdiagramm "Fortsehalten BIT 1" in Fig. 2 verwiesen, das Ausgangssignal
der Schieberegisterstufe 35. Da die Schieberegisterstufe
35 die erste Stufe des Zählers ist, muß der Zustand der Verriegelungsschaltung 33 jedesmal geändert v/erden, wenn ein Fortschaltimpuls
aufgenommen wird. Es wird daher kein Sperreingang und keine logische Sperrtorschaltung benötigt und der Fortschalteingang
kann unmittelbar als Fortschalte BIT 1-Ausgang benutzt werden, solange sein Entscheidungsintervall während der Taktzeit
der Phase 4 auftritt. Weil der Impuls "Schalten BIT 1" während der Phasenzeit 1 (203) einen positiven Spannungswert aufweist,
geht der Rückstellimpuls BIT 1 am Ausgang vom Inverter 67 in
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Fig. 1 auf Erdbezugspotential über. Somit sind also die Signale
"Schalten BIT 1" und "Rückstellen BIT 1" in Fig. 2 während der Phase 2 im Taktintervall 204 auf positiver Spannung bzw. auf
Erdpotential, wobei der Taktzeitraum 204 das erste wichtige Entscheidungsintervall
in bezug auf den Zähler in Fig. 1 ist.
Das Signal "Schalten BIT 1" in Fig. 2 wirkt auf die UED-Torschaltung
73 ein, die während dem Entscheidungsintervall 204 im
Phasenintervall 2 vom invertierten Ausgang -BIT 1 der dynamischen, logischen Verriegelungsschaltung 33 einen Rückkopplungs-Stromkreis
herstellt. Gleichzeitig wird der Rückkopplungs-Stromkreis vom wahren Ausgang +BIT 1 während des zweiten Phasenzeitintervalls
und dem Entscheidungsintervall 204 an der ÜKD-Torschaltung 71
dadurch gesperrt, daß der Impuls "Rückstellen BIT 1" auf Erdbezugspotential liegt. Daher bleibt das Ausgangssignal der UHD/
ODER-Torschaltung 63, welches mit 3IT 1 TOR bezeichnet ist,
während der Zeitintervalle 205 bzw. 206 im Phasenzeitintervall 3 bzw. 4 auf positivem Potential, da weder die UKD-Torschaltung 71
noch die UND-Torschaltung 73 während des Entscheidungsintervalls
204 und des Phasenintervalls 2 leitend sind. Damit beginnt die Verriegelungschaltung 33 ihren Zustand von einer logischen 1 nach
einer logischen 0 zu ändern.
Obgleich die Verriegelungsschaltung 33 im Entscheidungsintervall
2O4 damit begonnen hat, ihren Zustand zu ändern, sind ihre Ausgangssignale
+BIT 1 und -BIT 1 immer noch positiv bzw. auf Erdbezugspotential. Daher kann während des ersten Entscheidungsintervalls
204 die Inverterstufe 53 der Verschiebestufe 21 das positive
Potential am wahren Ausgang der ersten Speieherstufe 33 invertieren
und liefert dabei eine negative Spannung, die das Fortschaltesignal über die invertierende ODER-Torschaltung 51 der
Verschiebestufe 21 weiterüberträgt. Das Fortschaltesignal wird während des gleichen, ersten Entscheidungsintervalls 204 durch
die Inverterstufe 69 an die Verschiebestufe 21 abgegeben. Da die
Inverterschaltung 53 und die Inverterstufe 69 während des Entscheidungsintervalls
204 positive Signalpegel an ihren Eingängen aufweisen, treten an den Ausgängen der Inverterstufen 53 und 69
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während der Phase 3 (Entscheiclungsintervall 205) und der Taktphase
4 (206) negative Erabezugspotentiale auf, wie dies in Fiq.2
auf der Zeile "Sperren" angegeben ist.
Bas 2v?eite wichtige Entscheidungsintervall für den Zähler in
Fig. 1 ist die Phasenzeit 4 (206). Während des Intervalls 206 bleibt der Ausgang der ODER-Torschaltung 51 auf positiver Spannung,
da an keinem ihrer Eingänge eine positive Spannung anliegt,
so daß dadurch die Impulsform "Schalten. BIT 2" erzeugt wird. Dieser Impuls "Schalten BIT 2" in Fig. 2 wird durch die
Inverterstufe 57 wehrend des dritten wichtigen üntscheidungsintervalls
invertiert, d.h. während der.Phasenintervallzeit 1
(207) und liefert die Impulsform "Rückstellen BIT 2" in Fig. Man sieht daher aus Fig. 2, daß die Signale l!Schalten BIT 2I! und
"'Rückstellen BIT 2" während des vierten, für den Zähler in Fig.
wichtigen Entscheidungsintervalls auf einer positiven Spannung bzw. auf Erdbezugspotential liegen, nämlich in der Phasenzeit
(208) . Diese Impulse oder Signale stehen daher zur Verfügung, ui?·
einen Rückkopplungsstromkreis vom invertierten Ausgang -BIT 2 der Stufe 11 über UKD-TorSchaltung 45 aufzubauen und einen Rückkopplungs-Stromkreis
vom wahren oder +BIT 2-Ausgang über UND-Torschaltung
43 während des vierten Entscheidungsintervalls 208 zu sperren. In gleicher Weise, wie das binäre 1-BIT, das in der
Verriegelungsstufe 33 als eingespeichert angenoramen war,- ermöglicht
hat, das übertragene Fortschaltesignal von der Verschiebestufe 35 nach der Verschiebestufe 21 während des gleichen Entscheidungsintervalls 204 durchzuschalten, indem die Verriegelungsschaltung
33 vom Einspeichern einer binären 1 nach einer binären 0 umgeschaltet wurde, verhindert auch die gemäß der Annahme
in der Verriegelungsschaltung 11 eingespeicherte binäre
die Ueiterübertragung des Fortschaltesignals nach der Verschiebestufe
37 während des gleichen vierten Entscheidunysintervalls 2C8,
wenn die Verriegelungsstufe 11 zur Speicherung einer binären 1
fortgeschaltet wird. Das Fortschaltesignal wird aus der Verschiebestufe 21 heraus über die Inverterstufe 55 weiterübertregen,
wird jedoch dadurch daran gehindert, den Sustand der Speicherstuf c mit ihrer Verriegelungsschaltung 39 zu ändern, daß die
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Inverterstufe 71 ein positives Potential liefert, das die Leitung
"Schalten BIT 3" während des fünften Entscheidungsintervalls nach Erdbezugspotential entlädt.
Obgleich die Verriegelungsstufe 11 begonnen hat, während des
vierten Entscheidungsintervalls 208 ihren Sustand zu ändern, so wird sie doch diesen Zustand erst bis zum sechsteh und siebten
Entscheidungsintervall vollständig geändert haben, wenn die neuen +BIT 2 und -BIT 2-Ausgangssignale zur Verfügung stehen,
da der neue Speicherinhalt der Verriegelungsschaltung 11 rückgeleitet
wird. Man sieht, daß es ungefähr vier Phasenzeiten oder einen vollen Taktzyklus dauert, um den Sustand jeder Stufe eines
Sählers gemäß der vorliegenden Erfindung zu ändern.
Für einen dreistufigen Zähler dauert es daher 10 Phasenzeiten
oder 2 1/2 Taktzyklen, um den Zähler mit den beiden ersten Stufen von 100 nach 010 weiterzuschalten. Für einen 14-stufigen Zähler
würde man 14 1/2 Taktzyklen von je vier Phasen zur Minderung des Sustandes aller Stufen benötigen.
Obgleich man mehr als einen Taktzyklus nit vier Phasenzeiten benötigt,
um einen mehrstufigen Zähler weiterzuschalten, ist es
doch nicht erforderlich, daß alle Stufen ihren Zustand geändert haben, bis der Zähler wiederum weiter- oder fortgeschaltet werden
kann. Das ist auf die Art und Weise der Signalübertragung durch die Verschiebestufen zurückzuführen, durch die der Zähler gemäß
der vorliegenden Erfindung angehalten wird. Solange die Zählerstufe
niedrigster Wertigkeit ihren Sustand vollständig geändert hat, kann der Zähler fortgeschaltet werden. Somit ist also eine
Fortschaltgeschwindigkeit von einer Fortschaltung je Taktzyklus mit einem mehrstufigen Zähler beliebiger Länge möglich. Alle
Ausgangssignale eines solchen mehrstufigen Zählers sind natürlich
nicht gültig, bis der letzte Fortschaltimpuls durchgelaufen ist und durch diejenige Stufe gesperrt wird, die eine binäre 0
enthält, die in einen binären 1-Zustand umgekippt wird.
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Nunmehr soll eine weitere Ausführungsform der Erfindung, nämlich eine noch schnellere, dynamische, logische Zählschaltung beschrieben
werden, die nicht nur die logischen Verschiebestufen gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, sondern
diese in Kombination mit durch logische Steuerschaltungen gesteuerten Unterzählern einsetzt. Diese v/eitere Ausfuhrungsform
der Erfindung ist viel weniger kompliziert aufgebaut und man kann auf diese Weise Zähler mit praktisch unbegrenzter Anzahl von
Zählerstufen aufbauen, während man gleichzeitig gegenüber der bevorzugten Äusführungsform der Erfindung eine noch größere Arbeitsgeschwindigkeit
erhält.
Zur Erläuterung der Erfindung sei angenommen, daß diese zweite
Ausführungsforia der Erfindung ein Befehlszähler sein soll, wie
er beispielsweise in vielen digitalen Datenverarbeitungsanlagen unter Verwendung von dynamischen, logischen Schaltkreisen verwendet
werden kann. Das Signal STEP IC bedeutet dabei "Fortschalten Bef ehlszähler!i. In gleicher Keise wird auch hier das Signal
"Sperren Fortschalten" mit aufgeführt, um zu zeigen, wie ein
erfindungsgemäß aufgebauter Zähler tatsächlich in Verbindung mit anderen dynamischen, logischen Schaltkreisen benutzt werden kann,
wobei Entscheidungen oft nur herbeigeführt v/erden, um dann im letzten möglichen Entscheidungsintervall gesperrt zu werden. Die
Technik, zunächst eine logische Entscheidung herbeizuführen und sie anschließend zu sperren, ist besonders nützlich und brauchbar
für dynamische, logische Schaltungen, da dynamische, logische Schaltungen allgemein langsamer sind als andere digitale, logische
Schaltkreise.
In Fig. 5 sind durch eine dreistufige Steuerschaltung gesteuerte ünterzähler 501 bis 509 dargestellt, deren invertierte Ausgänge
vom niedrigsten bis zum höchsten Wert mit -IC-14 bis -IC-O bezeichnet
sind. Als Beispiel ist in Fig. 7 eine durch eine dreistufige Steuerschaltung gesteuerte ünterzählerschaltung 509 dargestellt.
Fig. 5 enthält fünf solcher ünterzähler. Der einzige Unterschied zwischen den Unterzählern 501 bis 509 liegt in den
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Taktphasenzeiten, während der ihre dynamischen, logischen Schaltkreise
ihre logischen Entscheidungen durchführen. Somit liefern die invertierenden UND/ODER-Torschaltungen 701, 711 und 721 in
Fig. 7 ihre logischen Entscheidungen während der Taktzeitphase In diesem Zusammenhang wird wiederum auf die Figuren 3 und 4 und
deren Beschreibung verwiesen, um zu zeigen, daß die Torschaltungen 713, 715 und 731 mit der invertierenden Torschaltung 711
zusammenarbeiten und tatsächlich ein Teil dieser Schaltung sind, so daß alle diese Schaltkreise während der Taktzeitphase 2 logische
Entscheidungen ausführen. Die gleiche Rückbeziehung gilt für die Torschaltungen 703, 705 und 723, 725 und 733, die alle
den ULm'D/ODER-Torschaltungen 701 bzw. 721 zugeordnet sind und
einen Teil derselben bilden.
In gleicher I-jfeise führen die Inverter stufen 707, 717 und 727
während der Phasentaktzeit 4 und die Inverterstufen 709, 719 und
729 während der Phasentaktzeit 1 logische Entscheidungen durch. Die dynamischen, logischen Schaltkreise beider Unterzähler 501
und 509 treffen ihre logischen Entscheidungen während der in Fig. 7 angedeuteten Taktphasenzeiten. Zur besseren Lrläuterung
wird die Phasentaktzeit 2, während der die invertierenden UND/ ODER-Torschaltungen des Unterzählers 501 ihre logischen Entscheidungen
treffen, anschließend als Takt 2 Phase 2 oder als vierte Entscheidungszeit bezeichnet. In gleicher Weise wird die Phasentaktzeit
2, während der die invertierenden UKD/ODER-Torschaltungen
des Unterzählers 509 ihre logischen Entscheidungen treffen, später als Takt 3 Phase 2 oder achte Entscheidungszeit bezeichnet.
Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 7 treffen die invertierenden UHD/ODER-Torschaltungen des Unterzählers 503 ihre locrischen Entscheidungen
während des fünften Entscheidungsintervalls, nämlich Takt 2 Phase 3. Die invertierenden UI'D/ODER-Torschaltungen des
Unterzählers 5O5 treffen ihre logischen Entscheidungen während der sechsten Entscheidungszeit Takt 2 Phase 4, und die invertierenden
UHD/ODER-Torschaltungen des Unterzählers 507 treffen ihre logischen Entscheidungen während der siebten Entscheidungszeit
Takt 3 Phase 1. Genau wie die Inverterstufen 707 und 709
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des Zählers 509 ihre logischen Entscheidungen zwei und drei Phasenzeiten nach der Entscheidungszeit der invertierenden UKD/
ODER-Torschaltung 701 treffen, so werden die Entscheidungszeiten
der Invertierstuferi der Zähler 501 bis 507 gegenüber ihren invertierenden
UIiD/ODER-Torschaltungs-Entscheidungszeiten verzögert,
um eine Rückkopplung zur Verriegelung der Speicherstufe
zu erzielen. Für einen Fachmann mit Kenntnissen auf dem Gebiet der dynamischen, logischen Schaltkreise und nach Kenntnisnahme
der vorangegangenen Beschreibung würde es lediglich eine unnötige Wiederholung darstellen, die Einzelheiten der Unterzähler 501 bis
509 darzulegen, vielleicht mit der Ausnahme, daß die vorher erwähnten Steuerschaltungen hier als ODER-Torschaltungen 731 und
733 sov/ie UKD-Torschaltungen 715 und 725 dienen, die, wie in
Fig. 7 gezeigt, angeschlossen sind.
Um den Inhalt eines ersten Unterzählers 501 während eines ersten Zeitintervalls festzustellen, wird auf Fig. 6 verwiesen, in der
die Verschiebelogik 503 in Fig. 5 etwas genauer und doch noch schematisch dargestellt ist. In Fig. 6 sind für die Abtastung
dynamische, logische, invertierende ODER-Torschaltungen 601 bis 607 vorgesehen. Jede der Torschaltungen 601 bis 607 weist drei
Eingänge auf, die mit den drei invertierten Ausgängen jedes der niedrigwertigeren vier Unterzähler 501 bis 507 verbunden ist.
Somit sind also die Eingänge der ODER-Torschaltungen 601 mit den Ausgängen -IC-12, -IC-I3 und -IC-14 des Unterzählers 501 verbunden.
Wenn daher der Unterzähler 501 eine vorbestimmte binäre Zahl von sieben enthält, dann sind die invertierten Ausgänge
IC-12 bis IC-14 des Unterzählers 501 alle auf logisch 0, d.h. auf Erdbezugspotential. Somit steht am Eingang der ODER-Torschaltung
601 kein Eingangssignal zur Verfügung, das eine Entladung seines Ausgangsknotenpunkfces während eines ersten Zeitintervalls
ermöglichen würde, das hier genauer als Takt 1 Phase 3-Intervall
bezeichnet ist und damit wird am Ausgang der Inverterstufe 611
während des dritten und vierten Zeitintervalls, d.h. bei Takt Phase 1 und 2, ein Übertragungs-Sperrsignal erzeugt, das eine
Weiterübertragung eines Fortschaltsignals erlaubt. Die Abtast-
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Torschaltungen 603 bis 607 und ihre entsprechenden Inverterstufen
613 bis 617 sind in entsprechender Weise, wie in Fig. 6
gezeigt, miteinander und den Sählern 503 bis 507 in Fig. 5 verbunden.
Zum Fortschalten des ersten Unterzählers 501 in Abhängigkeit von
einem Fortschaltsignal +STEP IC ist eine invertierende ODER-Torschaltung
621 und eine Inverterstufe 623 vorgesehen. Das Ausgangssignal der ODER-Torschaltung 621 ist mit Einstellen G1 bezeichnet
und entspricht der Signalleitung mit der gleichen Bezeichnung in Fig. 5. Der Ausgang der ODER-Torschaltung 621 ist
außerdem mit dem Eingang der Inverterstufe 623 verbunden, dessen Ausgangssignal das Rückstellen G1-Signal in Fig. 5 ist.
Damit die Arbeitsgeschwindigkeit dieser weiteren Ausführungsform der Erfindung noch weiter verbessert werden kann, wird das Fortschaltesignal
durch die Verschiebelogik 511 in zwei parallelen Stromkreisen weiterübertragen, wobei jeder dieser Stromkreise
dynamische, logische, invertierende ODER-Schaltungen und Inverterstufen
enthält, die die Unterzählerstufen 501 bis 509 in ansteigender
Numiaernfolge sequentiell fortschreitend steuern.
Das Fortschaltsignal +STEP IC wird an den Eingängen der Inverterstufen
619 und 625 aufgenommen. Die Inverterstufen 619 und 625 liefern die richtige zeitliche Zuordnung, so daß aas Fortschaltsignal
in der Lage ist, die Torschaltung 621 während des zweiten Zeitintervalls Takt 1 Phase 4 und die Torschaltung 627 während
des dritten Seitintervalls Takt 2 Phase 1 zu steuern. Zu diesem Zweck sind natürlich die Inverterstufen 619 und 625 mit den Eingängen
der invertierenden ODER-Schaltungen 621 und 627 verbunden.
Der Ausgang der invertierenden ODER-Schaltung 621 ist mit dem Eingang der Inverterstufe 641 am äußersten rechten Ende der
Fig. 6 in, Reihe über die Inverterstufe 623, die invertierende ODER-Schaltung 631, die Inverterstufen 633 und die invertierende
ODER-Schaltung 639 verbunden und steuert die Unterzähler 501,
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und 509 während des vierten, sechsten bzw. achten Zeitintervalls. Diese Intervalle entsprechen den Zeiten Takt 2 Phase 2, Takt 2
Phase 4 und Takt 3 Phase 2. In gleicher Weise ist der Ausgang der Inverterstufe 625 über die invertierende ODER-Schaltung 627,
Inverterstufe 629 und invertierende ODER-Schaltung 635 mit dem
Eingang der Inverterstufe 637 verbunden und steuert die Unterzähler 503 und 507 während des fünften und siebten Seitintervalls,
die den Zeiten Takt 2 Phase 3 bzw. Takt 3 Phase 1 entsprechen
.
Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform der Erfindung:
Die folgende Beschreibung der Arbeitsweise der Zähler gemäß Fig. 5, 6 und 7 wird in tabellarischer Form in einzelnen Absätzen
gegeben. Jeder Absatz bezieht sich auf eine Entscheidungszeit der Ablaufzeitfolge und gibt die durch einen oder mehrere
wichtige Entscheidungsblocks der Zählschaltung durchgeführten
logischen Entscheidungen an. Für die vorliegende Beschreibung sei angenommen, daß der Zähler die Binärzahl 000001111111111 in den
Stufen IC-O bis IC-14 enthält, und daß ein einziger Impuls STEP IC
als Fortschaltsignal zum Fortschalten des Zählers aufgenommen wird. Daher ist es nur erforderlich, daß die Unterzähler 501, 503,
505 und 507 ihren Zustand ändern.
Die Torschaltungen 601 und 603 ermitteln den Inhalt der Unterzähler
501 und 503 und finden in jedem Zähler äen vorbestimmten Zählerstand von binär 7, was für dieses Beispiel angenommen war.
Unterzähler 503 führt mit seinen invertierenden UND/ODER-Schaltungen
logische Entscheidungen zum Umlauf des wahren Wertes aus.
Die Torschaltung 621 führt in Abhängigkeit vom Fortschaltesignal KI 972 029
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+STEP IC eine logische Entscheidung aus und schaltet den Unterzähler
501 vjährend der vierten Entscheidungszeit fort, wenn das
Signal "+Sperren Fortschalten" nicht anwesend ist.
Die Inverterstufe 611 liefert eine logische Entscheidung und
gibt als Ausgangssignal während der dritten und vierten Entscheidungszeit ein Erdbezugspotential ab, wodurch die Weiterübertragung
des Fortschaltesignals nicht gesperrt wird.
Die Inverterstufen 707, 717 und 729 der Unterzähler 501 und 509
liefern eine logische Entscheidung und erzeugen wahre Ausgangssignale ihrer jeweiligen Verriegelungsschaltungen während der
dritten und vierten Entscheidungszeit, d.h., daß die Knotenpunkte +10-14, +IC-13 und +IC-12 nicht nach Erdbezugspotential entladen
werden, daß jedoch die Knotenpunkte +IC-2, +IC-1 und +IC-O entladen
werden.
Die Inverterstufen 709, 719 und 729 des Unterzählers 507 liefern logische Entscheidungen und erzeugen invertierte Ausgangssignale
an ihren jeweiligen Verriegelungsschaltungen während der dritten
und vierten Entscheidungszeit, d.h. der Knotenpunkt -IC-5, jedoch nicht die Knotenpunkte -IC-4 und -IC-3, wird nach Erdbezugspotential
entladen.
Die Torschaltungen 6O5 und 607 tasten die Unterzählern 505 bzw.
507 ab und finden dabei den vorbestimmten Zählerstand von 7 im Unterzähler 5, jedoch weniger als 7 im Unterzähler 507.
Die Inverterstufe 613 liefert eine logische Entscheidung und gibt am Ausgang während der vierten und fünften Entscheidungszeit Erdbezugspotential ab, so daß die Ueiterübertragung des
Fortschaltsignals nicht gesperrt wird.
Inverterstufe 623 liefert eine logische Entscheidung und gibt ausgangsseitig während der vierten Entscheidungszeit Erdbezugs-
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potential ab und sperrt damit die Rückkopplung der wahren Ausgänge
jeder Verriegelungsschaltung des Zählers 501 und damit
auch die Weiterübertragung des Fortschaltsignals.
Die invertierende ODER-Schaltung 627 liefert eine logische Entscheidung
und am Ausgang eine positive Spannung während, der vierten und fünften Entscheidungszeit und schaltet den Zähler
dadurch weiter, daß während der fünften Entscheidungszeit das invertierte Ausgangssignal rückgekoppelt wird.
Unterzähler 501 schaltet von einen Zählerstand 7 nach Zählerstand 0 weiterf indem alle seine Verriegelungsschaltungen ihre invertierten
Ausgangssignale rückführen.
Das Fortschaltsignal wird durch die Torschaltung 631 weiterübertragen,
die als logische Entscheidung am Ausgang während der fünften und sechsten Entscheidungszeit eine positive Spannung
abgibt und den Unterzähler 505 während der sechsten Entscheidungszeit weitersehaltet.
Die Inverterstufen 615 und 617 liefern als logische Entscheidungen
Erdbezugspotential bzw. ein positives Ausgangssignal während
der fünften und sechsten Entscheidungszeit, wodurch die Torschaltung 635 nicht gesperrt, die Torschaltung 639 jedoch gesperrt
wird, wodurch die Weiterübertragung des Fortschaltesignals über die Torschaltung 639 verhindert wird.
Unterzähler 503 schaltet von einem Zählerstand 7 auf einen Zählerstand 0 weiter, indem alle seine Verriegelungsschaltungen
ihre invertieren Ausgangssignale zurückführen.
Das Fortschaltesignal wird durch die Torschaltung 635 v/eiterübertragen,
die als logische Entscheidung am Ausgang während der
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sechsten und siebten Entscheidungszeit eine positive Ausgangsspannung
abgibt und den Unter zähler 507 während eier siebten Entscheidungszeit
weiterschaltet.
Die Inverterstufen 709, 719 und 729 des Unterzählers 505 erzeugen
als logische Entscheidungen die invertierten Ausgangssignale
-IC-8, -10-7 und -IC-6 während der sechsten und siebten Entscheidungszeit
und entladen diese Ausgänge auf Erdbezugspotential.
Die Inverterstufen 7G7, 717 und 727 des Unterzählers 507 erzeugen
als logische Entscheidungen während der sechsten und siebten Entscheidungszeit wahre Ausgangssignale +IC-5, +IC-4 und +IC-3 dadurch,
daß der Ausgang der Stufe 707 nicht entladen wird, jedoch die Ausgänge der Stufen 717 und 727 entladen werden.
Sechste Entscheidungszeit - Takt 2 Phase 4.·
Unterzähler 505 schaltet von einem Zählerstand 7 auf einen Zählerstand
0 weiter.
Das Fortschaltsignal wird an einer Weiterübertragung über die Torschaltung 639 durch das Ausgangssignal der Inverterstufe
gehindert, weil die Abtast-Torschaltung 607 festgestellt hat, daß im ünterzähler 7 ein Zählerstand von weniger als 7 eingespeichert
ist.
Die Inverterstufen 709, 719 und 729 des Unterzählers 507 erzeugen
während der siebten und achten Entscheidungszeit als Folge von logischen Entscheidungen die invertierten Ausgangssignale -IC-5,
-IC-4 und -IC-3, indem sie den Ausgang der Stufe 709, jedoch nicht den Ausgang der Stufen 719 und 729 entladen.
Die Inverterstufen 707, 717 und 727 der Unterzähler 501 und erzeugen während der siebten und achten Entscheidungszeit als
Ergebnis logischer Entscheidungen wahre Ausgangssignale +IC-14,"
+IC-13 und +IC-12 und außerdem +IC-2, +IC-1 und +IC-O. Da wäh-
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rend der vierten Entscheidungszeit der Unterzähler 501 nach 0
weitergeschaltet wurde, entladen die Inverterstufen 707, 717 und
727 ihre Ausgänge alle nach Lrdbezugspotential.
Es sei festzustellen, daß die'Torschaltung 621 voraufgeladen ist
und zu dieser Entscheidungszeit ein zweites Fortschaltsignal aufnehmen könnte, wodurch der Zähler in Fig. 5 für jeden Taktzyklus
einmal v/eitergeschaltet werden könnte, ohne daß sich dabei eine Leeinträchtigung durch vorher gegebene Fortschaltimpulse
einstellen kennte, die im Augenblick in höherwertigen Unterzählern
weiterübertragen werden.
Der Unterzähler 507 schaltet an seinen Ausgängen +IC-5, +IC-4 und
+IC~3 von einem binären Sählerstand 1 auf einen binären Zählerstand
2 weiter. Dies wird dadurch erreicht, daß das invertierte Ausgangssignal -IC-5 über die UKD-Torschaltung 705 zurückgeführt
wird, während die Rückführung des wahren Ausgangssignals +IC-5
über die UKD-Torschaltung 703 verhindert wird. In gleicher Weise
wird, v/eil der invertierte Ausgang --IC-4 auf logisch 1 liegt, eine positive Spannung durch die UKD-Torschaltung 715 weiterübertragen,
weil sowohl das Signal IC-5 als auch das Signal STEP G4 auf einer positiven Spannung liegen. Da weder -IC-5 noch
das Signal Rückstellen G4 ein positives Potential aufweisen, stellt die ODER-Schaltung 731 keinen leitenden Stromkreis mit
der UKD-Torschaltung 713 dar. Daher wird das wahre Ausgangssignal
+IC-4 an einer Rückführung gehindert. Um das Verständnis des bisher Beschriebenen zu erleichtern, wird erneut auf Figuren 3
und 4 und die entsprechende Beschreibung verwiesen, die dort als Beispiel für dynamische, logische Schaltkreise gegeben wurde. Dabei
soll darauf hingewiesen werden, daß die Steuerschaltungen und 733 verhindern, daß die UKD/ODER-Schaltung 721 das an ihrem
invertierten Ausgang -IC-3 liegende Signal zurückführt, so daß die Verriegelungsschaltung dieses UnterZählers 507 höchster Ordnung
ihren Zustand nicht ändert.
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Die Inverterstufen 709, 719 und 729 der Unterzähler 501 und
erzeugen als Ergebnis logischer Entscheidungen während der achten und neunten Entscheidungszeit positive Ausgangssignale -10-14,
-IC-13, -IC-12, -IC-2, -IC~1 bzv7. -IC-O.
In gleicher Weise erzeugen die Inverterstufen 707, 717 und 727
des Unterzählers 503 als Ergebnis logischer Entscheidungen während der achten und neunten Entscheidungszeit Ausgangssignale
mit Erdbezugspotential auf +IC-11, +IC-10 und +IC-9, da Unterzähler
503 nach dem Zählerstand 0 weitergeschaltet worden ist.
Der Unterzähler 509 schaltet nicht weiter, v/eil das Fortschaltsignal
nicht über die Torschaltung 639 weiterübertragen wurde.
Die Inverterstufen 707, 717 und 727 entladen ihre Ausgänge +IC-3,
+IC-7 und +IC-6 nach Erdbezugspotential, so daß der neue Zählerstand
0 im Unterzähler 505 während der neunten Entscheidungszeit zum ersten Mal an den Ausgängen zur Verfügung steht.
Die Inverterstufen 709, 719 und 729 des Unterzählers 503 entladen ihre Ausgänge -IC-H, -IC-10 und -IC-9 nicht, so daß der invertierte
Wert des neuen Zählerstandes 0 im Unterzähler 503 zum ersten Mal während der neunten Entscheidungszeit zur Verfügung
steht.
Die Inverterstufen 707, 727 und 737 des Unterzählers 507 entladen nunmehr ihre Ausgänge +IC-5 und +IC-3, entladen jedoch nicht
+IC-4 und liefern somit wahre Ausgangssignale des Unterzählers
507 während der 10. und 11. Entscheidungszeit.
10. Entscheidunqszeit - Takt 3 Phase 4:
Die Inverterstufen 707, 717 und 727 entladen nunmehr ihre Aus-KI
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gänge +IC-2, +IC-1 und +IC-O des Unterzählers 509 und liefern
wahre Ausgangssignale des UnterZählers 509 während der 11. und
12. Entscheidungszeit.
Die vorangegangene Beschreibung einer beispielsweisen Arbeitsweise
der zweiten Ausführungsform der Erfindung macht klar, daß der Zähler in Fig. 5 durch ein Fortschaltsignal bis zum Auftreten
der Ausgangssignale am Unterzähler höchster Ordnung innerhalb
2 1/2 Taktzyklen zu je vier Phasen fortgeschaltet werden kann.
Der Fachmann auf dem Gebiet dynamischer, logischer Schaltungen erkennt sofort, daß sich die bevorzugte Ausführungsform mit Verschiebestufen,
die in Reihe hintereinander angeordnet sind, auch auf die Schaltung mit Unterzählern der zweiten Ausführungsform
anwenden läßt, so daß sich dadurch eine Zählschaltung ergibt, die bei einer Geschwindigkeit betrieben werden kann, die zwischen den
beiden Ausführungsformen liegt. In gleicher Weise ergibt sich
ohne weiteres, daß sich auch die Anzahl paralleler Übertragungsstromkreise aus in Serie verbundenen Verschiebestufen oder Schieberegisterstufen
erhöhen läßt, um noch höhere Arbeitsgeschwindigkeiten zu erzielen. Zu diesem Zweck braucht man nur die in Fig.
und 7 gezeigten Schaltungen so zu erweitern, daß die maximale Anzahl von Eingängen benutzt wird, die für dynamische, logische
UKD-Torschaltungen und ODER-Schaltungen zulässig ist im Hinblick
auf die Impedanzen und Kapazitäten der einzelnen Schaltkreise. Man kann beispielsweise drei Übertragungs-Stromkreise für Fortschaltesignale
vorsehen, die zur Fortschaltung binär codierter Dezimalunterzähler dienen, die jeweils aus vier mit Verriegelungsschaltungen aufgebauten Speicherstufen bestehen, wobei eine
solche Anordnung leicht gemäß den Lehren der vorgenannten Beschreibung in Kombination mit bekannten Techniken der BCD-Codierung
ausgeführt werden kann.
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Claims (7)
- PATEKTA Ι-ί S P R ti C K EDynamische, logische Zählschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe der Zählschaltung aus einer in ihrem Zustand verriegelbaren Speicherstufe (11, 33, 39) mit einem wahren Ausgang (13) , einem invertierten Ausgang (15) und einem invertierten Rückkopplungseingang (17) sowie aus je einer Verschiebestufe (21, 35, 37) mit einem Fortschalteingang (23) besteht, wobei der Durchlauf eines Fortschaltsignals durch die Verschiebestufe mit der Rückkopplung in der entsprechenden Speicherstufe synchronisiert ist,daß die Verschiebestufe (21, 35, 39) einen Fortschaltausgang (25) aufweist, der mit dem invertierten Rückkopplungseingang (17) der entsprechenden Speicherstufe verbunden ist, unddaß die Verschiebestufe ferner einen verzögerten Fortschaltausgang (29) zum Anschluß an den Fortschalteingang der nächsten Verschiebestufe, und einen Sperreingang (31) zum Anschluß an den wahren Ausgang der vorhergehenden Speicherstufe zum Sperren des Fortschalt~Eingangssignals aufweist und damit ein Fortschalten und die Abgabe verzögerter Ausgangs-Fortschaltsignale verhindert, wenn die vorhergehende Zählerstufe vor dem Fortschalten eine logische Null enthält.
- 2. Zählschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Speicherstufe (11, 33, 39) einen wahren Sperr-Rückkopplungsexngang (19) aufweist, und daß jede Verschiebestufe einen Rückstellausgang (27) besitzt, der mit dem wahren Sperr-Rückkopplungseingang (19) der entsprechenden Speicherstufe verbünden ist.KI 972 029409881/0759
- 3. Zählschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Speicherstufe ein UND/ODER-Glied (43, 45, 41) für logische Entscheidungen während einer ersten Taktzeit auf v/eist, deren erstes UND-Glied (43) der Rückkopplung des wahren Ausgangs (13) dient und außerdem rait dem Rückstellausgang (27) der zugehörigen Verschiebestufe verbunden ist,aaß das zweite ÜKD-Glied (45) der Rückkopplung des invertierten Ausgangs (15) dient und mit dem Fortschaltausgang (25) der zugehörigen Verschiebestufe verbunden ist,daß ferner eine erste Inverterstufe (41) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit den Ausgängen der beiden UND-Glieder (43, 45) verbunden ist und ausgangsseitig den wahren Ausgang (13) bildet, unddaß schließlich eine zweite Inverterstufe (49) an die erste Inverterstufe zur Bildung des invertierten Ausgangs (15) für logische Entscheidungen während eines dritten Zeitintervalls angeschlossen ist.
- 4. Zählschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verschiebestufe (21, 35, 37) ein erstes UND-Glied (51) für logische Entscheidungen in einem zweiten Zeitintervall enthält, das an den Fortschalteingang (23) angeschlossen ist,daß ferner eine erste Inverterstufe (53) vorgesehen ist, die für eine logische Entscheidung während eines ersten Zeitintervalls eingangsseitig mit dem Sperreingang (31) und ausgangsseitig mit dem UND-Glied (51) verbunden ist, und damit den Sperreingang mit dem Fortschaltsignal synchronisiert,daß ferner das logische UND-Glied (51) ausgangsseitig mit dem Fortschalteingang (17) sowie mit zwei weiteren Inverterstufen (55, 57) verbunden ist, die logische Entscheidungen während des ersten bzw. dritten Zeitinter-KI 972 029409881 /0759valls ausführen, unddaß schließlich die zweite Inverter stufe (55) den verzögerten Fortschaltausgang (29) bildet, während die dritte Inverterstufe (57) ausgangsseitig mit dem Rückstelleingang (27) verbunden ist.
- 5. Dynamische, logische Zählschaltung nach Anspruch 1 bis 4, bei der eine Anzahl mehrstufiger, dynamischer, logischer Zählschaltungen als Unterzähler durch eine gemeinsame Steuerschaltung steuerbar sind und die Verschiebelogik einen Fortschalteingang zur Aufnahme eines Fortschaltsignals aufweist, dadurch gekennzeichnet,daß eine erste Abtastlogik (601, 611) vorgesehen ist, die zum Ermitteln des Inhalts eines ersten Unterzählers (501) mit dessen Ausgängen (-IC-14, -IC-13, -IC-12) verbunden ist,daß eine erste Schrittschaltlogik (621, 623) mit einem Eingang für ein Fortsehaltsignal und einem mit einem Eingang des ersten Unterzählers (501) verbundenen Ausgang (STEP G1) verbunden ist, welche mit den dynamischen, logischen Speicherstufen des ersten Unterzählers (501) zum Fortschalten dieses Unterzählers in Abhängigkeit von einem Fortschaltsignal synchronisiert und dieses Fortschaltsignal weiterzuübertragen in der Lage ist,daß eine zweite Schrittschaltlogik (627, 629) eingangsseitig das Fortschaltsignal aufnimmt und einen mit dem Ausgang der ersten Abtastlogik (601, 611) verbundenen Eingang und einen mit einem Eingang eines zweiten Unterzählers (503) verbundenen Ausgang (STEP G2) aufweist,und daß die zweite Schrittschaltlogik (627, 629) mit den dynamischen, logischen Speicherstufen ües zweiten Unter-Zählers (503) zum Weiterschalten dieses Zählers und zum Weiterübertragen des Fortschaltsignals verbunden ist, wenn der abgefühlte Zählerstand des ersten Unterzählers (501) einen vorgegebenen VJert (7) erreicht hat.KI 972 029409881/0759
- 6. Sählschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schrittschaltlogik (621, 623, 627, 629) sur Aufnahme des Fortschaltsignals mit dem Fortschalteingang der Verschiebelogik (511) verbunden sind,daß eine dritte Schrittschaltlogik (631 , 633) eingangsseitig mit dein Ausgang der ersten Schrittschaltlogik (621, 623) zur Übernahme des Fortschaltsignals verbunden ist, wobei die dritte Schrittschaltlogik (631, 633) zum synchronen Fortschalten mit den dynamischen, logischen Speicherstufen eines dritten UnterZählers (5C5) verbunden ist,daß ferner eine zweite Abtastlogik (603, 613) vorgesehen ist, die der Abtastung des Zählerstandes ues zweiten Unterzählers (503) dient, bevor dessen Ausgänge (-IC-II, -IC-10, -1-9) ihren Zustand verändern,und daß ein Ausgang der zweiten Abtastlogik (603, 613) mit einem Eingang der dritten Schrittschaltlogik (631, 633) verbunden ist und damit das Weiterschalten des dritten Unterzählers (505) verhindert, wenn der abgetastete Sählerstand des zweiten UnterZählers (503) nicht einem vorgegebenen Zählerstand entspricht.
- 7. Zählschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebelogik (511) eine dritte Abtastlogik (605, 615) enthält, deren Eingänge (-IC-8, -IC-7, -IC-6) zum Abtasten des Zählerstandes des dritten Unterzählers (505) mit dessen Ausgängen verbunden sind, bevor diese in Abhängigkeit von einem Signal von der dritten Schrittschaltlogik (631, 633) ihren Zustand geändert haben,daß eine vierte Schrittschaltlogik (635, 637) eingangsseitig mit einem Ausgang der zweiten Schrittschaltlogik (627, 629) zur Aufnahme des Fortschaltsignals und mit einem Ausgang der dritten Abtastlogik (605, 615) verbunden ist und die Weiterschaltung der Unterzähler höhererKI 972 029AO98 81 /075 9Ordnung (507, 509) sperrt, wenn der Zählerstand des uritten Unterzählers (505) nicht einem vorgegebenen Uert entspricht,daß ferner die vierte Schrittschaltlogih (635, 637) ausgangsseitig jsit einem Eingang des vierten Unterzählers (507) verbunden ist,und daß die vierte Schrittschaltlogik (635, 637) den vierten Unterzähler (5O7) weiter schaltet, wenn der J'JDtastwert des dritten UnterZählers (505) einem vorgegebenen Zählerstand entspricht.KI 972 0294098 81/07 59Leerseite
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DE19742417149 Expired DE2417149C2 (de) | 1973-06-11 | 1974-04-09 | Dynamische, logische Zählschaltung |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JPS5854531B2 (de) |
DE (1) | DE2417149C2 (de) |
FR (1) | FR2232885B1 (de) |
GB (1) | GB1460788A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2846957A1 (de) * | 1978-03-03 | 1979-09-06 | Standard Microsyst Smc | Binaerer zaehler |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2145911A1 (de) * | 1970-09-14 | 1972-03-23 | Motorola Inc | Binärer Flip-Flop |
US3654441A (en) * | 1970-11-16 | 1972-04-04 | Rca Corp | Four-phase high speed counter |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL207281A (de) * | 1955-05-21 | |||
GB1213384A (en) * | 1968-02-16 | 1970-11-25 | Associated Semiconductor Mft | Four-phase logic systems |
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1974
- 1974-03-29 FR FR7411899A patent/FR2232885B1/fr not_active Expired
- 1974-04-09 DE DE19742417149 patent/DE2417149C2/de not_active Expired
- 1974-05-10 GB GB2066174A patent/GB1460788A/en not_active Expired
- 1974-05-22 JP JP5679874A patent/JPS5854531B2/ja not_active Expired
-
1983
- 1983-07-26 JP JP13530483A patent/JPS6028166B2/ja not_active Expired
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2846957A1 (de) * | 1978-03-03 | 1979-09-06 | Standard Microsyst Smc | Binaerer zaehler |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2232885A1 (de) | 1975-01-03 |
JPS5023764A (de) | 1975-03-14 |
JPS5854531B2 (ja) | 1983-12-05 |
JPS6028166B2 (ja) | 1985-07-03 |
FR2232885B1 (de) | 1976-06-25 |
GB1460788A (en) | 1977-01-06 |
JPS5932229A (ja) | 1984-02-21 |
DE2417149C2 (de) | 1982-04-15 |
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D2 | Grant after examination | ||
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