DE2442011C3 - Schieberegister für zwei Schieberichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein taktgesteuertes Schieberegister zum Speichern und Verschieben einer Information aus η Bit wahlweise in einer von zwei Schieberichtunßen, die durch ein die Schieberichtung bestimmendes Signal festgelegt sind, aus einer Kette von rückgekoppelten Verknüpfungsgliedern. ηϊ

Derartige Schieberegister sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. Ein durch die DT-PS 12 85 009 bekanntes Schieberegister besteht aus einer Kette von NOR-Gliedern, bei denen, mit Ausnahme der beiden äußeren Glieder, die Ausgänge mit den Eingängen der beiden benachbarten Glieder verbunden sind. Für jedes in diesem Schieberegister zu speicherndes bzw. zu verschiebendes Informationsbit werden vier NOR-Glieder benötigt An weiteren Eingängen der NOR-Glieder liegen Taktsignale an, die sich innerhalb jeder Vierergruppe periodisch wiederholen. Die Schieberichtung der in dem Schieberegister eingegebenen Information wird durch den Umlaufsinn des Taktsignals innerhalb einer Vierergruppe bestimmt

Mit der zunehmenden Verwendung von billig herstellbaren unipolaren Halbleiterschaltelementen zum Aufbau von Schaltwerken besteht auch der Wunsch, Schieberegister mit solchen Elementen aufzubauen. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Schieberegister anzugeben, das in besonders vorteilhafter Weise für den Aufbau aus unipolaren Halbleiterschaltelementen geeignet ist, dabei aber auch den Aufbau aus bipolaren Halbleiterschaltelementen zuläßt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe, ausgehend von einem taktgesteuerten Schieberegister der eingangs genannten Art, durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Prinzip des Schieberegisters gemäß der Erfindung,

F i g. 2 den Taktphasenverlauf und den Informationsfluß für die Schieberichtung rechts,

F i g. 3 den Taktphasenverlauf und den Informationsfluß für die Schieberichtung links,

F i g. 4 von einem Ausführungsbeispiel die Kette der Inverterpaare und die Betriebsspannungsschalter und

F i g. 5 die Daten-Eingabe- und Ausgabeeinrichtungen in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4.

In dem in der F i g. 1 schematisch dargestellten Schieberegister gemäß der Erfindung besteht die Schiebekette aus den rückgekoppelten Inverterpaaren UA, Il B usw. bis I2C Da die Inverterpaare in der Lage sein müssen, Informationen zu speichern, muß die Spannungsverstärkung im Inverter > 1 sein.

Das Schieberegister benötigt zu seinem Betrieb einen Drei-Phasen-Takt, der in einem Drei-Phasen-Generator G(z. B. dreistufiger Ringzähler, geschlossenes dreistufiges 1-Bit-Schieberegister und anderes, vgl. DT-OS 23 45 670) aus dem Taktsignal Γ erzeugt wird. Von der zeitlichen Zuordnung der drei Taktphasen A, B und C, die durch ein zusätzliches Signal LR bestimmt wird, hängt die Richtung ab, in der eine Information durch das Schieberegister geschoben wird. Mit Hilfe der drei Taktphasen A, B und C werden die Schalter SA 1, SA 2, SBi, SB 2 und 5Cl, SC2, betätigt, über welche die Inverterpaare gruppenweise an die Betriebsspannungsquelle mit dem durch das entsprechende Symbol bezeichneten Massepol und dem positiven Pol + UB anschaltbar sind. Dabei sollen die in der F i g. 1 schematisch dargestellten Verbindungen der Inverter mit den entsprechenden Schalterkontakten bzw. mit den Polen der Betriebsspannungsquelle nicht bedeuten, daß die Inverter eines Paares bezüglich der Betriebsspannung in Serie geschaltet sind; vielmehr liegen alle Inverter an der vollen Betriebsspannung, wenn sie eingeschaltet sind.

Die Betätigung der Schalter SA 1 bis SC2 erfolgt immer so, daß zwei nebeneinanderliegende Inverterpaare aktiv sind, während die daran angrenzenden

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Inverterpaare von der Betriebsspannungsquelle abgeschaltet sind. Dieser Zustand schreitet in der Schieberichtung fort, indem nach jedem Taktintervall das in Schieberichtung gesehen jeweils letzte aktive Inverterpaar von der Betriebsspannungsquelle abgeschaltet wird und die bisher nicht aktiven Inverterpaare an die Betriebsspannungsquelle angeschaltet werden.

Es ist aus der Darstellung nach F i g. 1 ohne weiteres zu erkennen, daß ein durch ein aktives Invert erpaar gespeichertes Informationsbit auch in dem jeweils anschließenden aktiven Inverterpaar gespeichert ist, jedoch in invertierter Form. Die an zwei aktive Inverterpaare angrenzenden, nicht aktiven Inverterpaare dienen zur Abgrenzung der Speicherbereiche für die verschiedenen Bits der im Schieberegister gespeicherten Information. Jedem Bit sind somit drei Inverterpaare zuzuordnen. Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel kann also zwei Bit speichern. Selbstverständlich ist die Kette der Inverterpaare beliebig verlängerbar, wobei es zweckmäßig ist, die Gesamtzahl der Inverterpaare so zu wäh.'en, daß sie durch drei teilbar ist.

Ein neues Informationsbit kann in das Schieberegister nur dann eingegeben werden, wenn das am Anfang der Schiebekette liegende Inverterpaar aktiv ist. Zur Schaffung wohldefinierter Verhältnisse ist es vorteilhaft, zwischen die Dateneingabeklemmen DR bzw. DL und die beiden Enden der Schiebekette Inverter WR bzw. II/ einzufügen, die nach dem gleichen Prinzip wie die bl· her betrachteten Inverter der Schiebekette durch ein Signal LR ■ B bzw. LR ■ B gesteuert werden, wobei LR das schon erwähnte Signal für die Bestimmung der Schieberichtung ist und 5 den Eingabezeitraum festlegt.

Zur besseren Übersicht über den Funktionsablauf in dem Schieberegister gemäß der Erfindung ist in den Fig.2 und 3 der Taktphasenverlauf und der davon abhängigejnformationsfluß für die Schieberichtungen rechts (LA=I, Fig. 2) und links (LR = 1, Fig. 3) dargestellt. Die Einheit für den Zeitablauf t bildet ein Intervall des nicht eingezeichneten Taktes T. Xi bezeichnet ein Informationsbit, ein in ein Feld eingetragenes Nbedeutet, daß der betreffende Inverter bzw. das Inverterpaar in dem angegebenen Zeitraum nicht aktiv ist. Den Diagrammen ist das Schieberegister nach F i g. 1 zugrunde gelegt.

Die F i g. 2 und 3 lassen folgendes erkennen:

a) Mit Ausnahme des Taktzustandes A, C = 1, B = 0 enthält die Schiebekette entsprechend der Anzahl der Inverterpaare nur 2 Bit.

b) Bei einer geraden Anzahl von Inverterpaaren erscheint die eingegebene Information am Ausgang der Schiebekette in der invertierten Form, bei einer ungeraden Anzahl von Inverterpaaren in der ursprünglichen Form.

c) Während der Zeiträume, in denen das letzte Inverterpaar nicht aktiv ist, kann am Ausgang der Schiebekette keine Information abgenommen werden.

Da die unter b) oder c) aufgeführten Eigenschaften unter gewissen Umständen als störend empfunden werden, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung an jedem Ende der Schiebekette eine bistabile taktgesteuerte Kippschaltung FFL bzw. FFR mit einem nichtinvertierenden Ausgang QL bzw. QR und einem invertierenden Ausgang Q~L bzw. QIi angeschlossen. Die Anordnung der Kippschaltung am <ή Ausgang der Schiebekette bewirkt nicht nur, daß die Ausgangsinformation für jeweils drei Taktintervalle abereifbar ist. sondern vor allem, daß die Zuordnung der Binärwerte zu der am Ausgang des Schieberegisters verfügbaren Information unabhängig von der Anzahl der Inverterpaare immer mit der Zuordnung der Binärwerte zur Eingangsinformation in Obereinstimmung gebracht werden kann oder, falb dies gewünscht ist, immer konträr ist

Die F i g. 4 und 5 zeigen den Aufbau des Schieberegisters aus Feldeffekttransistoren. Die Gesamtschaltung des Schieberegisters ist aus zeichnerischen -Gründen in zwei Teile aufgeteilt Die F i g. 4 enthält die Schiebekette mit den dazugehörigen Schalttransistoren zum An- und Abschalten der Inverterpaare an die Betriebsspannungsquelle. Die beiden hinsichtlich ihrer Durchlaßstrecken in Serie geschalteten Feldeffekttransistoren Tr 1 und Tr 2 (F i g. 4) bilden in bekannter Weise einen Inverter. Da der Transistor Tr 1 ein p-Kanal-Transistor und der Transistor Tr2 ein n-Kanal-Transistor ist, bewirkt ein binäres Steuersignal, welches an den miteinander verbundenen Steuerelektroden anliegt, daß — abhängig von dem Signalpegel — einer der beiden Transistoren durchlässig ist, während der andere gesperrt ist. (Aus diesem Grund werden keine passiven Widerstände für die Strombegrenzung benötigt.) Der Verbindungspunkt der Durchlaßstrecken der beiden Transistoren TR 1 und 7>2 bildet den Ausgang des Inverters. Dieser Ausgang ist sowohl mit dem Eingang eines in der Fig. 4 in der gleichen horizontalen Reihe dargestellten weiteren Inverters als auch mit dem Eingang des senkrecht unter dem ersten Inverter liegenden Inverters mit den Transistoren TrZ und TrA verbunden. Der Ausgang des zuletzt genannten Inverters ist wieder mit dem Eingang des ersten Inverters verbunden. Die Transistoren Tr 1 bis Tr4 bilden somit ein rückgekoppeltes Inverterpaar (entsprechend dem Inverterpaar MA in F i g. 1), das eine an dem Punkt El angebotene Information zu speichern vermag, da die Schleifenverstärkung im stationären Zustand = 1 und beim Übergang zwischen zwei stationären Zuständen > 1 ist.

Analog bilden jeweils vier, in der F i g. 4 senkrecht untereinander gezeichnete Transistoren weitere Inverterpaare. Die zwischen dem dritten und dem vierten Inverterpaar deutlich erkennbare, durch eine gestrichelte Verbindung überbrückte Lücke soll darauf hinweisen, daß die aus den Inverterpaaren gebildete Schiebekette in der Regel sehr viel länger als die in der F i g. 4 dargestellte ist, wobei die Gesamtzahl der Inverterpaare vorzugsweise durch drei teilbar sein soll, wie schon erwähnt wurde.

Die Transistoren TrS bis TrIO, die durch die Taktphasen A, B und_C bzw. durch die invertierten Taktphasen Ä, S und C gesteuert werden, entsprechen den Schaltern SA 1 bis SC 2 in F i g. 1 und dienen somit zum zeitweiligen Abschalten der Inverterpaare von den beiden Polen der Betriebsspannungsquelle.

Die Fig.5 zeigt die Daten-Eingabe- und -Ausgabeeinrichtungen des Schieberegister und deren Zuordnung zu der in der F i g. 4 dargestellten Schiebekette, wobei letztere in der Fig.5 nur angedeutet ist. Im folgenden werden nur die für die Schieberichtung »rechts« (vgl. Fig. 1, LR = O) benötigten Einrichtungen näher betrachtet. Die für die Schieberichtung »links« vorgesehenen Einrichtungen sind völlig gleichartig aufgebaut. Nur ihre Steuerung erfolgt durch andere Signale bzw. Taktphasen, wie der Fig. 5 ohne nähere Erläuterung entnommen werden kann. Der aus den Transistoren TrM (p-Kanal-Transistor) und 7rl2 (n-Kanal-Transistor) bestehende Inverter gibt die an der Eingangsklem-

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me DR anliegende Information (invertiert) weiter, wenn die Taktphase B = O und B = 1 ist, d. h. die Transistoren Tr 13 und Tr 14 leitend sind. Die am Ausgang des Inverters anliegende (invertierte) Information kann aber nur dann an den Eingang £1 der Schiebekette gelangen, wenn die aus den Transistoren 7>15und Tr 16 gebildete Torschaltung durchlässig ist, was für LR = 0 bzw. LR = 1 der Fall ist. Die für die Steuerung des Transistors Tr 15 benötigte Inversion LR des Steuersignals LR wird durch den Inverter mit den Transistoren Tr 17 und Tr 18 erzeugt.

Die Steuerung der Daten-Eingabeeinrichtungen nach Fig.5 ergibt zwar die gleiche Wirkung wie die in der F i g. 1 schematisch dargestellte Steuerung des Eingangsinverters UR, doch unterscheiden sich die beiden Steuerungen dadurch, daß bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 die konjuktive Verknüpfung Z^ · B bzw. LR ■ Snicht unmittelbar gebildet und verwertet wird.

Wie schon früher erwähnt wurde, kann die Anschaltung je einer bistabilen Kippschaltung an die Ausgänge Fl und F2 der Schiebekette (oder einer entsprechend der Schieberichtung wahlweise auf einen der Ausgänge schaltbaren Kippschaltung) unter Umständen vorteilhaft sein. Die Kippschaltung für die Schieberichtung »rechts« besteht aus den in Serie geschalteten Invertern mit den Transistoren Tr 19 und 7>2O sowie 7>21 und Tr22. Die beiden Inverter sind über eine Torschaltung aus den Transistoren Tr 23 und Tr 24 rückgekoppelt. Die Torschaltung ist durchlässig, wenn für die steuernde Taktphase gilt C = 0 und C = 1.

Die bistabile Kippschaltung besitzt die beiden Ausgänge QR und QR. Wenn die am Ausgang des Schieberegisters abgenommene Information die gleiche Zuordnung zu den beiden Binärwerten aufweisen soll, wie die am Eingang eingegebene Information, ist bei einer ungeraden Anzahl von Inverterpaaren in der Schiebekette der Ausgang QR, bei einer geraden Anzahl von Inverterpaaren in der Schiebekette der Ausgang QR der Kippschaltung als Ausgang des Schieberegisters zu verwenden. Entsprechendes gilt für die für die Linksverschiebung vorgesehene Kippschaltung.
Es ist noch darauf hinzuweisen, daß es, vor allem bei längeren Schiebeketten, zweckmäßig sein kann, mehrere Sätze von Betriebsspannungsschaltern vorzusehen und mit jedem Schaltersatz einen Teil der Schiebekette zu bedienen oder sogar jedem Inverterpaar eigene Schalter zuzuordnen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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1. Taktgesteuertes Schieberegister zum Speichern und Verschieben einer Information aus η Bit wahlweise in einer von zwei Schieberichtungen, die durch ein die Schieberichtung bestimmendes Signal festgelegt sind, aus einer Kette von rückgekoppelten Verknüpfungsgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette aus einer Serienschaltung von paarweise rückgekoppelten Invertem (Ι1Λ, UB...) besieht, die in π Abschnitte zu je drei Inverterpaaren unterteilt ist, wobei in Schieberichtung fortschreitend jeweils das zweite, dritte oder erste Inverterpaar von der Betriebsspannung abgeschaltet wird, daß zwischen je einer Eingabeklemme (Dr, DL) für die in das Schieberegister einzugebenden Informationen und den beiden Enden der Kette Inverter (H/?, UL) angeordnet sind, die nach Maßgabe des die Schieberichtung bestimmenden Signals (LR) dann an die Betriebsspannung gelegt sind, wenn die Betriebsspannung für das, in der jeweiligen Sichieberichtung gesehen, zweite Inverterpaar der Kette abgeschaltet ist und daß für das An- bzw. Abschalten der Betriebsspannung entsprechend gesteuerte Halbleiterelemente (Tr5— TrIO) vorgesehen sind.

2. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden der Kette eine taktgesteuerte bistabile Kippschaltung (FFR, FFL) zur Übernahme des in dem, in Schieberichtung gesehen, jeweils letzten Inverterpaar der Kette enthaltenen Informationsbit vorgesehen ist.

3. Schieberegister nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverter, die Schaltelemente für das An- bzw. Abschalten der Betriebsspannung und gegebenenfalls die bistabilen Kippschaltungen mit bipolaren Transistoren aufgebaut sind.

4. Schieberegister nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverter, die Schaltelemente für das An- bzw. Abschalten der Betriebsspannung und gegebenenfalls die bistabilen Kippschaltungen aus unipolaren Transistoren bestehen.

5. Schieheregister nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverter aus der Serienschaltung; eines p-Kanal-Transistors und eines n-Kanal-Transistors bestehen, wobei die Steuerelektroden beider Transistoren verbunden sind und der Verbindung spunkt der beiden Transistoren den Ausgang de:> Inverters bildet.

6. Schieberegister nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverter zweipolig von der Betriebsspannungsquelle abschaltbar sind.