DE2460146A1

DE2460146A1 - Bipolare leseschaltung fuer integrierte speichermatrix

Info

Publication number: DE2460146A1
Application number: DE19742460146
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Heuber; Wilfried Klein; Knut Dipl Ing Najmann; Rolf Dipl Ing Dr Remshardt; Siegfried Dipl Ing Dr Wiedmann
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1974-12-19
Publication date: 1976-06-24
Also published as: FR2295524A1; DE2460146B2; JPS5183741A; FR2295524B1; DE2460146C3; US4027176A; JPS5749998B2; GB1479868A

Description

Bcblingen, den 1.6. Dezember 1974 gg/sy-bs

Anmelderin: IBM Deutschland GmbH

Pascalstraße 100 7000 Stuttgart 80

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: GE 974 028

Bipolare Leseschaltung für integrierte Speichermatrix

Die Erfindung betrifft eine bipolare Leseschaltung für eine integrierte Speichermatrix, bei der ein das Lesesignal als Differenzspannung lieferndes Bitleitungspaar an die Steuereingänge eines Differentialverstärkers angeschlossen ist und die beiden Ausgänge des Differentialverstärkers symmetrisch ein als Verriegelungskreis dienendes, kreuzgekoppeltes Flipflop steuern, an dessen eine Seite eine Ausgangstreiberstufe angeschlossen ist.

Moderne, insbesondere in der Computertechnik verwendete Speicheranordnungen sind in integrierter Halbleitertechnik hergestellt und bestehen aus einer Vielzahl von in bestimmter Weise organisierten Speicherzellen, die auf monolitischen Halbleiterchips in hoher Packungsdichte untergebracht sind.

In den meisten Fällen handelt es sich bei den einzelnen Speicherzellen um kreuzgekoppelte Flipflops, die durch ihre beiden möglichen stabilen Schaltzustände den jeweiligen binären Speicherinhalt, also die Information, bestimmen. Die Speicherzellen sind matrixförmig auf dem Halbleiterchip integriert, wobei das Einschreiben und Auslesen von Information, also der Zugriff zu den Speicherplätzen, über parallel verlaufende, mit den einzelnen Speicherzellen verbundene Spalten- und senkrecht dazu verlaufende Zeilenleitungen erfolgt.

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Betrachtet man beispielsweise wortorganisierte Schreib/Lesespeicher, so sind für jede Speicherzelle in jeder Spalte jeweils
zv/ei Bitleitungen und entsprechend in jeder Zeile eine Wortleitung vorgesehen. Beim Auslesen der gespeicherten Information,
was hier angesprochen wird, wird durch geeignetes Ansteuern der
Speichermatrix erreicht, daß eine oder mehrere bestimmte Speicherzellen ein ihre jeweilige Schaltlage kennzeichnendes Lesesignal ^: abgeben. Im allgemeinen liefern die Speicheranordnungen das
Lesesignal über jeweils ein Bitleitungspaar, das mit dem Knoten ; der betrachteten, aus kreuzgekoppelten Flipflops bestehenden ι Speicherzellen verbunden ist. Das Lesesignal besteht demnach aus j einer kleinen Differenzspannung auf den beiden Bitleitungen eines
Bitleitungspaares. Dieses Lesesignal wird mit Hilfe eines Leseverstärkers abgefühlt, verstärkt und an eine geeignete Auswerte- '■ schaltung weitergeleitet, \

Es ist bereits eine große Anzahl von Lese- oder Abfühlschaltungen | für derartige Speichermatrizen bekannt. Das im Einzelfall einge- i setzte Schaltungssystem richtet sich natürlich nach dem benützten i Speichertyp, dessen Organisation und der Art der eingesetzten · Speicherzellen und ist den dort jeweils vorliegenden Bedingungen
angepaßt, '

Bei integrierten Speichermatrizen, die das Lesesignal in Form
einer Differenzspannung auf einem Bitleitungspaar liefern, werden , bereits bevorzugt Leseverstärker benützt, die aus zwei als
Differentialverstärker geschalteten Transistoren bestehen. Die i beiden Transistoren sind emittergekoppelt . Die Basen der Transistoren sind mit den Bitleitungen verbunden, die zu der oder '■ den Speicherzellen führen. An einem oder an beiden Kollektoren
der beiden Transistoren wird das aus dem Lesesignal gewonnene i Ausgangssignal abgenommen. Eine derartige Leseschaltung ist
beispielsweise im "IBM Technical Discolure Bulletin" Vol. 10,
Nr. 12, Mai 1968, Seiten 1998 und 1999 beschrieben. Im Prinzip
entsprechende Leseschaltungen sind . in großer Anzahl bekannt und
beispielsweise auch bereits bei Kernspeichermatrizen verwendet

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worden, was beispielsweise der DT-PS Nr. 1 959 990 zu entnehmen ist.

Bei integrierten Speicheranordnungen wird das in der mitinte- ;grierten Leseschaltung gewonnene, verstärkte Lesesignal zum Aus-Igang des Halbleiterchips geliefert. Die weitere Verarbeitung des !Signals erfolgt in außerhalb des Halbleiterchips gelegenen 'Speicherkontrollschaltungen. In modernen Halbleiteranordnungen 'besteht nun die Forderung, das Lesesignal bereits auf dem Halb-

!leiterchip über längere Zeit, beispielsweise mehrere Schreib-Izyklen zu speichern, da auf diese Weise eine beträchtliche Verein- !fachung der notwendigen Kontrollogik erzielt werden kann. Zu diesem j Zweck ist es deshalb bereits bekannt, an den Ausgang des Lesever- ; stärkers eine diese Zwischenspeicherung bewirkende, ebenfalls auf i den Hälbleiterchip mitintegrierte Verriegelungsschaltung in Form : 'eines Flipflops vorzusehen. Eine derartige Anordnung ist bei- ; !spielsweise in der DT-OS 2 354 734 beschrieben.

ί ■

ι - ι

|Da die auf dem Halbleiterchip zwischengespeicherten Lesesignale ι

zum Zwecke der Weiterverarbeitung zu einem bestimmten Zeitpunkt ;

zn außerhalb des Halbleiterchips liegenden Kontrollschaltungen

■weiterzuleiten sind, ist es zweckmäßig, auf dem Chip geeignete, =

an den Verriegelungskreis anzuschließende Ausgangstreiberschal-

r - I

tungen vorzusehen. Diese Ausgangstreiberschaltungen haben die !Aufgabe, Rückwirkungen der eine relativ große Last darstellenden und hier nicht näher zu beschreibenden Kontrollschaltungen auf das Halbleiterchip zu verhindern und die Signalausgabe zu be- ι ^schleunigen.

Die bisher bekannten Anordnungen zeigen zwar im Hinblick auf Integrierbarkeit, Schaltgeschwindigkeit, Leistungsverbrauch, und Störanfälligkeit bereits gute Ergebnisse, den weiter steigenden Anforderungen hinsichtlich höherer Packungsdichte, geringerer Verlustleistung und höherer Schaltgeschwindigkeit sind sie jedoch in den meisten Fällen nicht mehr gewachsen. Es ist die der Erfin-

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dung zugrundeliegende Aufgabe, eine integrierbare, bipolare Leseschaltung anzugeben, bei der der als Leseverstärker dienende Differentialverstärker mit einer Verriegelungsschaltung und einer Ausgangstreiberstufe optimal kombiniert und auf einfache Weise verknüpft ist, so daß ein Maximum an Arbeitsgeschwindigkeit bei gleichzeitig geringer'Verlustleistung und geringer Störsignalanfälligkeit gewährleistet wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe für eine Leseschaltung, bei der ein das Lesesignal als Differenzspannung lieferndes Bitleitungspaar an die Steuereingänge eines Differentialverstärkers angeschlossen ist und die beiden Ausgänge des Differentialverstärkers symmetrisch ein als Verriegelungskreis dienendes kreuzgkoppeltes Flipflop steuern, an dessen eine Seite eine Ausgangstreiberstufe angeschlossen ist, dadurch gelöst, daß der Differentialverstärker ein emittergekoppelter Stromschalter ist, dessen beide im Kollektorkreis liegenden Lastelemente gleichzeitig 'die Lastelemente des Flipflops bilden, und daß jedes Lastelement durch einen Rückkopplungskreis überbrückt ist, dessen Leitzustand !jeweils dem Leitzustand des zugehörigen Flipflop-Transistors entspricht und mit diesem gesteuert wird.

Eine zusätzlich im Sinne der Aufgabenstellung wirkende Ausgestaltung besteht darin, daß der ausgangsseitige Flipflop-Tranisistor zusammen mit einem weiteren Transistor ebenfalls einen .emittergekoppelten Stromschalter bildet, wobei der weitere Transistor vom Kollektorausgang dieses Flipflop-Transistors gesteuert ist.

Eine vorteilhafte Maßnahme besteht weiterhin darin, daß in den Rückkopplungskreis zur Einstellung des Ansprechwertes des Flipflops ein Spannungsbegrenzungselement eingeschaltet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen niedergelegt.

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Zusammengefaßt bietet die erfindungsgemäße Leseschaltung folgende Vorteile. Die spezielle Verknüpfung des als Verriegelungskreis dienenden Flipflops mit dem als Leseverstärker dienenden Stromschalter hat den Vorteil, daß durch die gemeinsamen Lastelemente ein optimales Leistungs-Geschwindigkeitsprodukt erzielt wird. Die symmetrische Ansteuerung des Flipflops erhöht die Ansprechempfindlichkeit und die Gleichtakt-Störunterdrückung der Leseschaltung. Während der Aktivierung des Flipflops über den Stromschalter wird durch den Rückkopplungskreis in Verbindung mit dem Begrenzungselement ein Abschalten beider Flipflop-Transi-

: stören verhindert. Das Verknüpfen des ausgangsseitigen Flipflop-Transistors mit einem weiteren Transistor zu einem Stromschalter

; bewirkt, daß trotz asymmetrischer Ansteuerung der Ausgangstreiberstufe das Flipflop durch die Ausgangsstufe nur minimal belastet wird. Das die Zwischenspeicherung übernehmende Flipflop kann somit als vollkommen symmetrisch angesehen werden, so daß eine optimale Stabilität und Arbeitsweise gewährleistet wird.

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

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen

Leseschaltung,

Fig. 2 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels und

Fig. 3 den bei einer Leseoperation wesentlichen

Spannungs-Zeitdiagramme .

Im Blockschaltbild der Fig. 1 ist lediglich ein Teil der auf einem Halbleiterchip angeordneten Speichermatrix, nämlich ein Bitleitungspaar mit einer daran angeschlossenen Speicherzelle, und die erfindungsgemäße Leseschaltung dargestellt. Der tatsächliche Aufbau der einzelnen Speicherzellen und die Organisation des Speichers ist für die Funktion der erfindungsgemäßen

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Leseschaltung von untergeordneter Bedeutung. Es sei nur zur Vermeidung von Mißverständnissen darauf hingewiesen, daß ein die Zwischenspeicherung bewirkendes Flipflop von mehreren Leseverstärkern, also emittergekoppelten Stromschaltern, angesteuert werden kann und daß eine der Anzahl der Bits pro Wort entsprechende Anzahl von Flipflops vorgesehen ist.

Bei der Speicherzelle 1 handelt es sich beispielsweise um ein kreuzgekoppeltes Transistor-Flipflop. Die Basen der beiden Flipflop-Transistoren, d. h. also die beiden Zellknoten sind jeweils über Koppelelemente Dl, D2 mit einer der beiden Bitleitungen BO und Bl verbunden. Bei einer Leseoperation wird damit dem Bitleitungspaar ein von der jeweiligen Schaltlage des Flipflop abhängiges Differenzsignal zugeführt. Der restliche Teil der in Fig. 1 dargestellten Schaltung betrifft die erfindungsgemäße Leseschaltung, über die das an dem Bitleitungspaar liegende Differenzsignal abgefühlt, verstärkt _t in einem Verriegelungskreis zwischengespeichert und über eine nicht dargestellte Ausgangstreiberstufe zu außerhalb des Halbleiterchips liegenden Kontroll- bzw. Auswerteschaltungen weitergeleitet wird. Die gesamte Leseschaltung einschließlich der Ausgangstreiberstufe ist auf den die oSpeichermatrix enthaltenden Halbleiterchips mit integriert. Die Leseschaltung enthält zunächst einen Differentialverstärker 3, der, wie im einzelnen noch anhand der Fig. 2 zu beschreiben ist, aus einem emittergekoppeltem Stromschalter besteht. Den beiden Steuereingängen dieses Differentialverstärkers wird das an dem Bitleitungspaar liegende Differenzsignal zugeführt. Dieses Differenzsignal besteht zunächst aus einer Differenzspannung und wird im Differentialverstärker 3 in ein entsprechendes DifferenzStromsignal umgewandelt und über die beiden Ausgänge auf die Leseleitungen Sl und S2 gegeben. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Leseschaltung ist das als Verriegelungskreis dienende Flipflop 2. Dieses Flipflop hat die Aufgabe, das aus der Speicherzelle ausgelesene Signal zu speichern und zu einem gegebenen Zeitpunkt zur Ausgangstreiberstufe weiterzuleiten. Im betrachteten Beispiel handelt es sich um ein übliches kreuzgekoppeltes Transistorflipflop

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mit den beiden Flipflop-Transistoren Tl und T2, in deren Kollektorkreis Lastwiderstände Rl und R2 angeordnet sind. Die Leseleitung Sl ist über eine Schottky-Diode Dl mit dem Kollektor des Flipflop-Transistors Tl und damit mit der Basis des Flipflop-Transistors T2 verbunden, während die Leseleitung S2 über eine Schottky-Diode D2 mit dem Kollektor des Flipflop-Transistors T2 und damit der Basis des Flipflop-Transistors Tl verbunden ist. Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Leseschaltung besteht nun darin, daß die beiden Lastwiderstände Rl und R2 gleichzeitig die Lastelemente des Differentialverstärkers 3 bilden. Ein weiteres wesentliches Merkmal stellen die beiden Rückkopplungskreise 5 und 6 dar, die jeweils den Lastwiderstand Rl bzw. R2 überbrücken und mit ihrem Steuereingang mit der Basis des zugeordneten Flipflop-Transistors Tl bzw. T2 verbunden sind. Die prinzipielle, anhand der vollständigen Schaltung gemäß Fig. 3 noch im einzelnen zu beschreibenden Funktionsweise besteht nun darin, daß die bei einer Leseoperation auf den beiden Leseleitungen Sl und S2 gelieferten Differenzströme das Flipflop 2 steuern und dessen Schaltlage bestimmen. Das Flipflop wird also symmetrisch vom Differentialverstärker 3 angesteuert und besitzt mit ihm gemeinsame Lastwiderstände. Durch diese Kombination wird eine hohe Geschwindigkeit bei geringer Verlustleistung und geringer Störsignalanfälligkeit erreicht. Außerdem wird durch diese Kombination ein weiterer Differenzverstärker eingespart, eine hohe Gleichtakt-Störsignalunterdrückung und ein automatischer Pegeltransfer erreicht. Die beiden Rückkopplungskreise 5 und sind so gesteuert, daß sie jeweils den Lastwiderstand Rl bzw. R2 leitend überbrücken, dessen Flipflop-Transistor leitend ist, während der jeweils andere Rückkopplungskreis nicht leitend ist. Bei einem Schaltvorgang des Flipflop 2 wird also gleichzeitig der zum leitend werdenden Flipflop-Transistor gehörige Rückkopplungskreis in den leitenden Zustand umgeschaltet. Nach der

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Umschaltung übernimmt der jeweils leitende Rückkopplungskreis den Lesestrom der zugehörigen Leseleitung S1 bzw. S2. Diese
Wirkungsweise gewährleistet aufgrund der Rückkopplungswirkung eine extrem hohe Schaltgeschwindigkeit des Flipflop 2. Außerdem bewirken die in das Flipflop 2 einintegrierten Rückkopplungskreise 5 und 6 eine stabile Arbeitsweise des stromgesteuerten Flipflops. Dies umsomehr, als die Eingangsspannung des Flipflops über die Rückkopplungskreise auf eine bestimmte Spannung eingestellt werden kann. Schließlich besteht ein weiteres wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Leseschaltung darin, daß der :ausgangsseitige Flipflop-Transistor T2 zusammen mit einem
;weiteren, in Fig. 1 nicht dargestellten Transistor einen Dif- ^:ferentialverstärker 4 bildet, der wiederum nach Art eines
emittergekoppelten Stromschalters aufgebaut ist» Aufgrund der Wirkungsweise eines emittergekoppelten Stromschalters ist also bei leitendem Flipflop-Transistor T2 der weitere Transistor
gesperrt, während er bei gesperrtem Flipflop-Transistor T2
leitend ist. über diesen mit dem Flipflop 2 verkoppeltem
Differentialverstärker 4 wird die Ausgangstreiberstufe angesteuert» Die Vorteile dieser Anordnung ergeben sich aus der
folgenden Überlegung. Um eine einwandfreie Funktion des Flip-■ flops auch bei kleinerer Verlustleistung sicherzustellen, sollte es symmetrisch angesteuert sowie ausgelesen werden. Die
symmetrische Ansteuerung ist, wie bereits beschrieben, gegeben. Ein symmetrisches Auslesen würde normalerweise eine weitere
Differentialverstärkerstufe erfordern, was eine erhöhte Verzögerung und eine zusätzliche Verlustleistung bedeuten würde. Die speziell aufgebaute Differentialverstärkerstufe 4, die
in optimaler Weise mit dem Flipflop 2 verknüpft ist, sorgt
aufgrund des Stromschalterprinzips dafür, daß das Flipflop
durch die anzusteuernde Ausgangstreiberstufe nahezu nicht belastet wird und somit seine maximale Empfindlichkeit bezüglich des seinen beiden Eingängen zugeführten Steuersignals behält. Die gesamte Schaltung arbeitet mit geringster Verzögerung bei kleiner Verlustleistung.

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Im folgenden wird der Schaltungsaufbau und die Wirkungsweise anhand einer vollständig ausgeführten Schaltung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, im einzelnen betrachtet. Von der Speichermatrix ist lediglich das Bitleitungspaar BO, B1 dargestellt. Dieses Bitleitungspaar führt das Lesesignal in Form einer Spannungsdifferenz zwischen beiden Leseleitungen. Der eigentliche ;Leseverstärker besteht aus den Transistoren T5 und T6, deren ,Emitter miteinander verbunden und an eine Konstantstromquelle !geführt sind. Diese Konstantstromquelle besteht im einfachsten ^!Fall aus einem gemeinsamen Emitterwiderstand R5, der bei den ibetrachteten Polaritäten an den negativen Pol einer Betriebs-

j Spannungsquelle geführt ist. Die Basis des Transistors T5 ist an die Bitleitung BO und die Basis des Transistors T6 an !die Bitleitung B1 gelegt. Die Kollektoren der beiden Transiistören sind mit den Leseleitungen S1 und S2 verbunden. Außerdem I sind die beiden Kollektoren über Widerstände R9 und R10 und j einen gemeinsamen, als Diode D3 geschalteten Transistor an den !positiven Pol der Betriebsspannungsquelle gelegt, der in befrachtetem Ausführungsbeispiel Massepotential führt. Der auch iunter dem Begriff Stromübernahmeschalter bekannte emittergekoppelte Stromschalter hat die Wirkungsweise, daß die Summe ι der über beide Kollektorausgänge fließenden Ströme in jedem Betriebsfall konstant ist. Beim vorgesehenen Einsatz führt aufgrund des über die Bitleitungen BO und B1 zugeführten differentiellen Steuersignals entweder der Transistor T5 oder der Transistor T6 diesen gesamten Strom, über die Diode D3 und die beiden Widerstände R9 und R10 wird die Spannung an den Kollektoren eingestellt.

Das die Speicherung des Lesesignals übernehmende Flipflop enthält, wie bereits anhand des Blockschaltbildes in Fig. 1 beschrieben, die beiden Flipflop-Transistoren Tl und T2, deren Basen jeweils mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden sind. Als Lastelemente dienen die Widerstände R1, R1'

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und R2 und R2·. In den Emitterkreisen der beiden Transistoren angeordnete Widerstände R3 und R4 dienen der Symmetrierung des Flipflops, wobei der im Emitterkreis des ausgangsseitigen Flipflop-Transistors T2 angeordnete Widerstand R4 zur Bildung eines weiteren emittergekoppelten Stromschalters erforderlich ist. Als Rückkopplungskreise dienen die beiden Transistoren T3 und T4. Dabei ist die Kollektor-Basisstrecke des Transistors T3 parallel zu den Lastwiderständen R2, R2' geschaltet, während die Kollektor-Basisstrecke des Transistors T4 parallel zu den Lastwiderständen Rl, Rl¹ liegt. Die Basis des Rückkopplungstransistors T3 ist mit der Basis des Flipflop-Transistors Tl verbunden. Entsprechend ist auch die Basis des Rückkopplungstransistors T4 an die Basis des Flipflop-Transistors T2 angeschlossen. Die Emitter der beiden Rückkopplungstransistoren T3 und T4 sind zusätzlich mit den zugeordneten Leseleitungen Sl und S2 verbunden. Durch diese Anordnung der beiden Rückkopplungstransistoren T3 und T4 wird erreicht, daß der Leitzustand dieser Transistoren immer dem Leitzustand des zugeordneten Flipflop-Transistor entspricht und bei einem Schaltvorgang gleichzeitig umgeschaltet wird. Die Rückkopplungstransistoren lösen daher während des Umschaltens des Flipflops eine Rückkopplungswirkung aus, indem sie den Lastwiderstand des in den leitenden Zustand umzuschaltenden Flipflop-Transistors überbrücken. Auf diese Weise wird der Umschaltvorgang außerordentlich beschleunigt. Nach dem Umschalten des Flipflops übernimmt der leitende Rückkopplungstransistor T3 bzw. T4 den Lesestrom der zugeordneten Leseleitung Sl bzw. S2. Jede der beiden Leseleitungen Sl, S2 ist über eine Schottky-Diode Dl, D2 mit dem Kollektor des zugeordneten Flipflop-Transistors Tl, T2 verbunden. Durch diese Dioden läßt sich die Ansprechschwelle des Flipflops in geeigneter Weise einstellen.

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Das Auslesen des Schaltzustandes des Flipflops über eine Ausgangstreiberstufe erfolgt nun unter Zwischenschaltung einer einem ,Differenzverstärker ähnlichen Schaltung, die durch Verknüpfung ides ausgangsseitigen Flipflop-Transistors T2 mit einem weiteren !Transistor T7 gebildet ist. Der Emitter des weiteren Transistors T7 ist mit dem Emitter des Flipflop-Transistors T2 verbunden, so daß der Widerstand R4 als gemeinsamer Emitterwiderstand dient. Der Kollektor des Flipflop-Transistors T2 ist mit der Basis des weiteren Transistors T7 verbunden. Im Kollektorkreis des weiteren Transistors T7 liegen als Lastelemente die Widerstände R6 und R6¹. Die beiden Transistoren T2 und T7 bilden j demnach wiederum einen emittergekoppelten Stromschalter, wobei j durch die Kollektor-Basisverbindung der beiden Transistoren sicher-l gestellt ist, daß der über den gemeinsamen Emitterwiderstand R4 · gezogene konstante Strom entweder über den leitenden Flipflop- ! Transistor T2 oder über den weiteren Transistor T7 fließt. Diese ! Schaltungsanordnung bewirkt offensichtlich, daß eine an den j Kollektorausgang des Transistors T7 angeschlossene Ausgangstrei- ! berstufe nahezu keine Rückwirkung auf das Flipflop haben kann. Das !

heißt also, die Ausgangstreiberstufe belastet das Flipflop nicht.

Damit ist die Symmetrie und eine extrem hohe Schaltgesehwindigkeit!

des Flipflop gewährleistet, obwohl zur Verminderung des ι

!Leistüngsverbrauchs mit extrem kleinen Betriebs- und Steuer- j !spannungen gearbeitet werden kann. j

I I

Als Ausgangstreiberstufe ist im betrachteten Ausführungsbeijspiel ein in Emitterbasisschaltung betriebener Transistor T8 !mit nachgeschalteter Emitterfolgestufe T9 vorgesehen. Dazu ist

|die Basis des Transistors T8 mit dem Kollektor des Transistors |T7 verbunden. Am Kollektorwiderstand R7 des Transistors T8 liegt die Basis des die Emitterfolgestufe bildenden Transistors jT9. Am Emitterwiderstand R8 des Transistors T9 ist der Ausgang |o der Leseschaltung, von dem aus das gewonnene Lesesignal zu

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außerhalb des Halbleiterchips liegenden Schaltungen weitergeleitet wird. In bekannter Weise dient der Transistor T8 der
Verstärkung des Lesesignals während die Emitterfolgestufe mit
Transistor T9 einen niederohmigen Ausgang gewährleistet.

Zur Vermeidung der Sättigung der beiden Flipflop-Transistoren T1
und T2, des weiteren Transistors T7 und des Transistors T8 sind
zusätzliche Transistoren T10 bis T13 vorgesehen. Es ist jeweils
der Emitter des sättigungsverhindernden Transistors mit dem
Kollektor und der Kollektor mit der Basis des Transistors verbunden, dessen Sättigung verhindert werden soll. Die Basen der
sättigungsverhindernden Transistoren sind an geeignete Steuerspannungen führende Schaltungsknoten geführt. So ist die Basis
des Transistors T10 am Flipflop-Transistor T1 mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Lastwiderstände R2 und R2'

des anderen Flipflop-Transistors T2 verbunden. Entsprechend j ist die Basis des Transistors T11 an die Lastwiderstände R1 I und R1' des Flipflop-Transistors T1 angeschlossen. Die Basis j

j des Transistors T12 liegt ebenfalls am gemeinsamen Verbindungs- > punkt der beiden Widerstände R2 und R2'. Die Basis des Tran- ; sistors T13 ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Last- ; widerstände R6 und R6' des Transistors T7 verbunden. ^:

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Leseschaltung ist zusatz- j lieh auf die Spannungs-Zeitdiagramme in Fig. 3 zu verweisen. j Ohne Berücksichtigung der absoluten Spannungshöhen sind in Fig. 3 > die Verläufe der Spannungen in wesentlichen Schaltungsknoten i in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet. Zunächst wird angenommen, das Flipflop sei so gesetzt, daß der Flipflop-Transistor ^: T1 leitend und demzufolge der Flipflop-Transistor T2 gesperrt ist.! In diesem Schaltzustand ist das Potential an der Bitleitung BO
positiver als das an der Bitleitung B1. Das bedeutet, daß der j Transistor T5 leitend ist und der Lesestrom über die Leseleitung !

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Sl und die den ebenfalls leitenden Rückkopplungstransistor T3 zum positiven Pol der Betriebsspannungsquelle, im betrachteten Beispiel also Masse, fließt. Die Transistoren T6, T4 und T8 sind gesperrt. Der mit dem Flipflop-Transistor T2 einen Stromschalter bildende Transistor T7 ist leitend, ebenso wie der die Emitterfolgestufe bildende Transistor T9. Das Potential Vl am Kollektor des Flipflop-Transistors Tl ist damit negativer als das Potential V2 am Kollektor des Flipflop-Transistors T2. Am Ausgang 0 liegt bei leitendem Transistor T9 ein relativ positives Potential VO. Es wird nun ein Lesevorgang betrachtet, bei dem die Bitleitung Bl ein positiveres Potential annimmt als die Bitleitung BO. Das bedeutet, daß ein Schaltvorgang des Flipflops ausgelöst wird. Das positivere Signal an der Bitleitung Bl bewirkt an der Basis des Transistors T6, daß dieser Transistor den zuvor über den Transistor T5 fließenden Strom übernimmt und auf die Leseleitung S2 gibt. Der Beginn des Schaltvorganges ist in Fig. 3 durch den Zeitpunkt Null gekennzeichnet. Das Potential VS2 am Emitter des Transistors T4 wird, wie aus der Fig. 3 zu ersehen, während etwa der ersten vier Nanosekunden zu negativeren Werten heruntergezogen, über die Diode D2 wird gleichzeitig das Potential V2 am Kollektor des zunächst noch gesperrten Flipflop-Transistors T2 abgesenkt. Der gleiche Potentialverlauf ergibt sich durch die Kreuzkopplung auch an der Basis des zunächst noch leitenden Transistors Tl. Auf diese Weise bewirkt der Lesestrom in der Leseleitung S2, daß der Flipflop-Transistor Tl in den gesperrten und der Flipflop-Transistor T2 in den leitenden Zustand übergeht. Das Potential Vl am Kollektor des Flipflop-Transistors Tl bzw. an der Basis des Flipflop-Transistors T2 steigt zu positiveren Werten, so daß auch die Basisspannung am Rückkopplungstransistor T4 steigt. Der Rückkopplungstransistor T4 wird damit leitend und bewirkt eine Rückkopplung auf die Leseleitung S2. Während des Umschaltens des Flipflops ist der Spannungsverlauf auf der Leseleitung S2 zunächst negativ gerichtet um dann plötzlich wieder einen positiven Verlauf

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anzunehmen. Der Rückkopplungstransistor T4 wirkt demnach ähnlich wie ein Emitterfolger und übernimmt nach dem Umschalten des Flipflops den Lesestrom auf der Leseleitung S2. Der Rückkopplungstransistor T3 geht mit dem Flipflop-Transistor Tl in den gesperrten Zustand über. Der leitende Flipflop-Transistor T2 bewirkt die Sperrung des Transistors T7. Damit wird der Transistor T8 leitend und Basis und Emitter von Transistor T9 nehmen ein negatives Potential an, so daß am Ausgang 0 nunmehr das negativere Signal ansteht. Durch entsprechende Dimensionierung der Ströme durch die Transistoren Tl, T2 und T7 sowie der Widerstände R3 und R4 liegen an den Emittern der Transistoren Tl und T2 gleiche Spannungspegel. Hierdurch wird die Symmetrie des Flipflops gewährleistet. Wie bereits ausgeführt, verhindern die Transistoren TlO bis T13 eine Sättigung der zugeordneten Transistoren. Anstelle der Transistoren TlO bis T13 sind auch Schottky-Dioden einsetzbar. Die Dioden Dl und D2 dienen der Einstellung der Ansprechspannung des Flipflops. Für das Umschalten des Flipflops in den anfänglichen Schaltzustand ergeben sich entsprechende Arbeitsabläufe.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

/ l) Bipolare Leseschaltung für integrierte Speichermatrix, bei der ein das Lesesignal als Differenzspannung lieferndes Bitleitungspaar an die Steuereingänge eines DifferentialVerstärkers angeschlossen ist und die beiden Ausgänge des Differentialverstärkers symmetrisch ein als Verriegelungskreis dienendes, kreuzgekoppeltes Flipflop steuern, an dessen eine Seite eine Ausgangstreiberstufe angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialverstärker (3) ein emittergekoppelter Stromschalter ist, dessen beide im Kollektorkreis liegenden Lastelemente (Rl, R2) gleichzeitig die Lastelemente des Flipflops (2) bilden, und daß jedes Lastelement (Rl, R2) durch einen Rückkopplungskreis (5, 6) überbrückt ist, dessen Leitzustand jeweils dem Leitzustand des zugehörigen Flipflop-Transistors (Tl, T2) entspricht und mit diesem gesteuert wird.
2. Bipolare Leseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgangsseitige Flipflop-Transistor (T2) zusammen mit einem weiteren Transistor (T7) ebenfalls einen emittergekoppelten Stromschalter (4) bildet, wobei der weitere Transistor (T7) vom Kollektorausgang dieses Flipflop-Transistors gesteuert ist.
3. Bipolare Leseschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kollektorausgang des weiteren Transistors (T7) eine Emitterbasisstufe (T8) mit nachgeschalteter Emitterfolgestufe (T9) als Ausgangstreiberstufe angeschlossen ist.

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4. Bipolare Leseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Rückkopplungskreis (5, 6) aus der
Kollektor-Emitters trecke eines Transitors (T3,

T4) besteht, dessen Basis mit der Basis des zugehörigen
Flipflop-Transistors (T1, T2) verbunden ist.
5. Bipolare Leseschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- !

zeichnet, daß in den Rückkopplungskreis (5, 6) zur i Einstellung des Ansprechwertes des Flipflop (2) ein < Spannungsbegrenzungselement eingeschaltet ist.
6. Bipolare Leseschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekenn-
: zeichnet, daß das Spannungsbegrenzungselement eine

Schottky-Diode (D1, D2) ist,- die in die Verbindung j zwischen Emitter des Rückkopplungstransistors (.'23, T4)

und Kollektor des zugehörigen Flipflop-Transistors (T1, j

T2) eingefügt ist. j

. ι
7. Bipolare Leseschaltung nach einem oder mehreren der j

Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet_f daß jeder j Flipflop-Transistor (T1, T2) mit einem sättigungsver- j

hindernden Element verbunden ist. i
8. Bipolare Leseschaltung nach einem oder mehreren der : Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der i weitere Transistor (T7) mit einem sättigungsverhindern- !

den Element verbunden ist. i
9. Bipolare Leseschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterbasisstufe (T8) mit einem ; sättigungsverhindernden Element verbunden ist. j
10. Bipolare Leseschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als sättigungsverhinderndes Element ein

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Transistor (T3, Τ4) dient, dessen Emitter-Kollektorstrecke parallel zur Kollektor-Basisstrecke des jeweiligen Flipflop-Transistors (T1, T2) angeordnet und dessen Basis mit einem Abgriff des Lasteleiuentes (R1, R2) des jeweils anderen Flipflop-Transistors verbunden ist.

11, Bipolare Leseschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als sättigungsverhinderndes Element ein Transistor (ΤΊ2) dient, dessen Emitter-Kollektorstrecke parallel zur Kollektor-Basisstrecke des weiteren Tran-

_: sistors (T7) angeordnet und dessen Basis mit einem Abgriff des Lastelementes (R2) des ausgangsseitigen Flipflop-Transistors (T2) verbunden ist.

12, Bipolare Leseschaltung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß als sättigungsverhinderndes Element ein Transistor (T13) dient, dessen Emitter-Kollektorstrecke parallel zur Kollektor-Basisstrecke des Transistors (T8)

■ der Emitterbasisstufe angeordnet und dessen Basis mit einem Abgriff am Lastelement (R6, Rb') des weiteren Transistors (T7) verbunden ist.

13, Bipolare Leseschaltung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als sättigungsverhinderndes Element eine Schottky-Diode parallel zur Kollektor-Basisstrecke des jeweiligen Transistors angeordnet ist.

GE 974 Q28

60982ο/0463