DE2639507C3

DE2639507C3 - Bistabiler Multivibrator

Info

Publication number: DE2639507C3
Application number: DE19762639507
Authority: DE
Inventors: Nicholas Edward Centerville Ohio Aneshansley
Original assignee: NCR Corp
Current assignee: NCR Voyix Corp
Priority date: 1975-09-05
Filing date: 1976-09-02
Publication date: 1981-12-24
Also published as: DE2639507B2; NL172391B; DE2639507A1; NL7609789A; GB1545087A; IT1077054B; NL172391C; FR2323269A1; FR2323269B1

Description

Die Erfindung betrifft einen bistabilen Multivibrator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die DE-AS 23 39 289 befaßt sich mit einem bistabilen Multivibrator mit wenigstens zwei rückgekoppelten, invertierenden Verstärkerstufen und mit zwei Anschlüssen zum Anlegen der Versorgungsspannung, wobei jeweils eine Verstärkerstufe aus einem Feldeffekttransistor und einem Lastelement besteht, np.d bei dem ein Ausgangsanschluß mit einem Flip-Flop-Knoten der einen Verstärkerstlife verbunden ist; je ein Flip-Flop-Zweig ist durch je ein elektronisches Schaltmittel auftrennbar; parallel zu je einem Lastelement ist je ein MNOS-Trarisistor angeordnet, wobei die Gate-Anschlüsse dieser MNOS-Transistoren miteinander verbunden sind und über einem gemeinsamen Anschluß

ansteuerbar sind; der EingangsanschluQ der Kippstufe ist mit dem Gate eines Transistors der anderen Verstärkerstufe verbunden. Nachteilig ist bei dem bekannten Multivibrator, daß er eine verhältnismäßig hohe Anzahl von Bauelementen sowie Steuersignalleitungen für die Schalter in den Kreuzkopplungen benötigt.

In der US-PS 37 63 384 ist ein bistabiler Multivibrator beschrieben, der zwei variable Kondensatoren enthält, um den Betriebszustand der Schaltung zu steuern. Bei dieser Schaltung geht nach einem Ausfall der Versorgungsspannung die gespeicherte Information verloren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen bistabilen Multivibrator zu schaffen, der bei hoher Betriebssicherheit mit einem Minimum an Bauelementen auskommt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße bistabile Multivibrator hat den Vorteil, daß eine Anordnung derartiger gleicher Multivibratoren sich zu einem ROM-Speicher zusammenschalten läßt, der veränderbar ist, da der Zustand, auf den jeder Multivibrator geschaltet wird, durch Steuerung der Kapazität mit veränderbarem Schwellwert bestimmt werden kann. Die Kapazität mit veränderbarem Schwellwert kann alternativ auch dazu verwendet werden, den Zustand des Multivibrators im Falle eines Versorgungsspannungsausfall zu speichern. Dieses Merkmal findet in einem Schreib-/Lesespeicher mit nichtflüchtiger Speicherung Anwendung.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen bistabilen Multivibrators besteht darin, daß die Schaltung? komplexität verringert wird, da für die Kondensatoren mit veränderbarem Schwellwert keine Drain-Bereiche und -Verbindungen erforderlich sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

F i g. I das Schaltungsdiagramm einer ersten Multivibratorsch?!tung,

F i g. 2 ein Schaltungsdiagramm einer anderen Multivibratorschaltung,

Fig.3 mehrere Spannungssignalformen zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 2,

Fig.4 einen Querschnitt durch einen variablen Kondensator und

Fig.5 ein Schaltungsdiagramm einer Abwandlung der in F i g. 1 dargestellten Schaltung.

Es sei auch darcif hingewiesen, daß in den so Zeichnungen gleiche Bauelemente jeweils mit gleichen Bezugsz.ⁿhlen versehen s'nd.

In Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Multivibratorschaltung in Form einer elektrisch änderbaren Speicherzelle dargestellt. Die Speicherzelle ist allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und enthält einen ersten und zweiten Inverter 12 bzw. 14. Der Inverter 12 enthält einen Lasttransistor 16 und einen Schalttransistor 17. Der Lasttransistor besitzt Source-, Drain- und Gate-Elektroden 20, 18 bzw. 22. Der Schalttransistor 17 fto enthält Source-, Drain- und Gate-Anschlüsse 26,24 bzw. 28. Die Source-Elektrode 20 des Lasttransistors 16 ist mit der Drain-Elektrode 24 des Schalttransistors 17 an einem ersten Verbindungspunkt 30 verbunden.

Der Inverter 14 enthält einen Lasttransistor 32 und einen SchalttransiMor 34. Der Lasttransistor 32 besitzt Drain-, Source- und G?»e-Elektroden 36,38 bzw. 40. Der Schalttransistor 34 besitzt Drain-, Source- und Gate-Elektroden 42, 44 bzw. 46. Die Drain-Elektrode 42 des Schalttransistors 34 ist mit der Source-Elektrode 38 des Lasttransistors 32 an einem zweiten Verbindungspunkt 48 verbunden.

Die Transistoren 16, 17, 32 und 34 sind Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (MOS-Transistoren).

Ein erster Kondensator 50 ist mit dem ersten Verbindungspunkt 30 verbunden. Der erste Verbindungspunkt 30 ist ferner mit der Gate-Elektrode 46 des Schalttransistors 34 über eine erste Kreuzkopplung 51 verbunden. Die andere Seite des Kondensators 50 liegt an einer Anschlußklemme 5Z Die Anschlußklemme 52 ist mit einer Quelle für ein festes Potential innerhalb des Systems verbunden, welches beispielsweise mit V_u bezeichnet isL

Ein zweiter Kondensator 54 ist mit dem zweiten Verbindungspunkt 48 verbunden. Der zweite Verbindungspunkt 48 ist über eine zweite Kreuzkopplung 55 mit der Gate-Elektrode 28 des Schalttransistors 17 verbunden. Die andere Seite de:, Kondensators 54 ist ebenfalls mit der Anschlußklemme 32 für das feste Potential verbunden.

Die Source-Elektrode 26 des Schalttransisws 17 und die Source-Elektrode 44 des Schalttransistors 34 sind beide mit einer Anschlußklemme 56 verbunden, an die die Stromversorgung Vss angeschlossen ist. Diese Stromversorgungsanschlußklemme liegt normalerweise auf einem Spannungspotential von 0 V. Die Drain-Elektrode 18 des Lasttransistors 16 und die Drain-Elektrode 36 des Lasttransistors 32 sind beide mit der Voo-Spannungsanschlußklemme 58 verbunden, die üblicherweise an einer Spannung von —24 V liegt. Die Gate-Elektrode 22 des Lasttransistors 16 und die Gate-Elektrode 40 des Lasttransistors 32 sind beide mit der Anschlußklemme 58 verbunden und die Transistoren 16 und 32 sind ständig durchgeschaltet In der in Fig.2 gezeigten Anordnung sind die Gate-Elektroden 22 und 40 mit einer Anschlußklemme 60 verbunden. Bevor die Transistoren 16 und 32 leiten können, ist es erforderlich, an die Anschlußklemme 60 ein Einstellsignal anzulegen, bei Abwesenheit dieses Einstellsignals sind die Transistoren 16 und 32 nichtleitend.

Der Voo-Spannungspegel liegt üblicherweise auf — 24 V und das Einstellsignal an der Anschlußklemme 60 liegt auf dem gleichen Spannungspegel wie der Vo£rSpannungspegel oder auf — 24 V.

Wenn an die Gate-Elektroden 22 und 40 ein Einstellsignal angelegt wird, dann beginnen die Transistoren 16 und 32 zu leiten. Es fließt ein Strom von dem VsySpannungspegel über den entsprechenden Schalttransistor und die Kondensatoren 50 und 54 werden aufgeladen. Die ansteigende Ladung an den Kondensatoi en bewirkt auch ein Ansteigen der Spannung an den Verbindungspunkten 30 bzw. 48. Die Spannunpspegel an den Verbindungspunkten 30 und 48 beginnen in ihrem Wert zu steigen. Der kleinere Kondensator ladt sich schneller auf und sein Verbindungspunkt erreicht den Schwellenwert des Schalttransistors auf der anderen Seite des Multivibrators schneller, wodurch dieser Transistor eingeschaltet wird und bewirkt, daß der Verbindungspunkt mit dem höheren Spannungspegel weiter in Richtung des Vpp-Spannungspegds aufgeladen wird.

Die Kapazitäten 50 und 54 sind Standard-MOS-Kondensatoren, von denen der eine größer als der andere ist. In dem in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt der Kondensator 54 eine Kapazität

von 0.7 pF und der Kondensator 50 eine Kapazität von 0.5 pF.

In der in F i g. I dargestellten Schaltung ist ein variabler MNOS-Kondensator 62 vorgesehen, welcher eine V,„-Eingangsleitung 64 und eine Ausgangsleitung ~> 66 besitzt. Die Ausgangsleitung 66 ist mit dem Verbindungspunkt 30 verbunden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Ausgangsleitung 66 durch eine Diffusion gebildet, welche die die Source-Elektrode des Transistors 17 bildende Diffusion mit der Source- in Elektrode 20 des Transistors 16 verbindet. Noch genauer gesagt ist die Ausgangsleitung 66 eine Diffusion, welche in der Oberfläche des Subst körpers während der Herstellung der Schaltung durchgeführt wurde. Eine andere Möglichkeit besteht aber auch darin, ι ί daß eine Metallschicht zur Bildung der Ausgangsleitung 66 verwendet wird.

Wie aus Fig.4 ersichtlich ist, besteht der variable MNOS-Kondensator 62 aus einem Silicium-Halbleitersubstrat 210 des N-Typs, auf dem eine Siliciumdioxid- schicht 221 mit einer Dicke von etwa 30 Ä abgelagert ist. Auf dieser Siliciumdioxidschicht 221 ist wiederum eine Siliciumnitridschicht 225 mit einer Dicke von etwa 500 Ä abgelagert und auf der letzteren befindet sich eine Metallelektrode 226. Ein P-Typ-Bereich 211 in dem Halbleitersubstrat liegt teilweise unter der Siliciumdioxidschicht 221 und dient zum Herstellen einer Verbindung zu anderen Schaltungsteilen. Durch Anlegen einer genügend hohen positiven Spannung an die Metallelektrode 226 wird bewirkt, daß die Kapazität einen ersten Wert annimmt und durch Anlegen einer genügend hohen negativen Spannung an die Metallelektrode 226 wird bewirkt, daß die Kapazität einen zweiten Wert annimmt. Solche Änderungen der Kapazität werden durch das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer Inversionsschicht 250 bewirkt.

Ein Wert des MNOS-Kondensators 62 kann 0.4 pF betragen. Mit diesem Kapazitätswert ist die mit dem Verbindungspunkt 30 gekoppelte Gesamtkapazität größer als die mit dem Verbindungspunkt 48 gekoppelte Kapazität. Andererseits kann der MNOS-Kondensator 62 auch einen niedrigen Wert aufweisen, so daß die mit dem Verbindungspunkt 30 gekoppelte Gesamtkapazität geringer ist als die mit dem Verbindungspunkt 48 gekoppelte Kapazität.

Nimmt man an. daß der MNOS-Kondensator 62 einen niedrigen Wert besitzt, dann wird der kleinere Kondensator 50 mit einer höheren Geschwindigkeit aufgeladen und der Verbindungspunkt 30 lädt sich ebenfalls schneller in Richtung des Voo-Spannungspegels auf. Dadurch wird der Transistor 34 eingeschaltet und der Verbindungspunkt 48 fällt auf den Vss-Spannungspegel ab. während sich der Verbindungspunkt 30 weiter in Richtung des Vop-Spannungspegels auflädt Diese Unsymmetrie in der in Fig. I dargestellten Schaltung dient dazu, sicherzustellen, daß die MOS-Speicherzelle eingeschaltet wird und einen ersten stabilen Zustand annimmt in dem der Verbindungspunkt 30 sich auf dem Vfjo-Spannungspegel und der Transistor 17 sich in seinem nichtleitenden Zustand μ befindet, während sich der Verbindungspunkt 48 auf dem Vss-Spannungspegel und der Transistor 34 in seinem eingeschalteten Zustand befindet.

Eine andere in F i g. 5 gezeigte Möglichkeit besteht darin, statt der Kondensatoren 50 und 54 veränderbare Kondensatoren 50', 54' zu verwenden, wobei der Kondensator 62 weggelassen werden kann. Die änderbaren Kondensatoren 50', 54' können durch Anlegen von Schreib- und Löschspannungssignalen an die V/v-F.ingangsklemme 65'auf den einen oder anderen von zwei stabilen Kapazitätswerten eingestellt werden.

Wenn ein veränderbarer Kondensator verwendet wird, dann wird die kapazitive Unsymmetrie bzw. das kapazitive Ungleichgewicht durch Anlegen von Schreib- und l.öschsignalen an die veränderbaren Kondensatoren geändert, d. h. sie werden dadurch in den entsprechenden der beiden stabilen Zustände geschaltet.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen der beiden Kondensatoren, beispielsweise den Kondensator 54, als festen Standard-MOS-Kondensator auszubilden, während der andere Kondensator, beispielsweise der Kondensator 50, als veränderbarer MOS-Kondcnsator ausgebildet ist, welcher jeweils einen von zwei verschiedenen Kapazitätswerten anzunehmen vermag. Bei dieser Ausführungsform besitzt der feste Kondensator 54 einen solchen Kapazitätswert, der größer ist als der niedrige Kapazitätswert des veränderbaren MNOS-Kondensators, während der höhere Kapazitätswert dieses veränderbaren MNOS-Kondensators größer ist als der Kapazitätswert des festen Kondensators 54. Wenn sich somit der MNOS-Kondensator in demjenigen stabilen Zustand befindet, in welchem auf den Verbindungspunkt 30 der kleinere von den beiden möglichen Kapazitätswerten einwirkt, dann lädt sich die linke Seit« 12 des Multivibrators auf den Voo-Spani.ungspegel auf, während die rechte Seite 14 durchschaltet und am Verbindungspunkt 48 der Kss-Spannungspegel liegt. Wird der MNOS-Kondensator 54 in seinen Zustand hoher Kapazität geschaltet und wird die Multivibratorschaltung erneut geschaltet, dann nimmt sie denjenigen Zustand ein, in dem die rechte Seite 14 ausgeschaltet ist und der Vpo-Spannungspegel sich am Knotenpunkt 48 befindet. Die linke Seite 12 ist in diesem Falle durchgeschaltet und am Verbindungspunkt 30 liegt der Vss-Spannungspegel. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann der Kondensator 50 entweder durch ein externes Signal oder durch eine Spannung umgeschaltet werden, welche während eines Spannungszusammenbruchs am Verbindungspunkt 30 abgegriffen wird.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kondensatoren 50 und 54 MOS-Kondensatoren und besitzen feste Werte und der variable MNOS-Kondensator 62 liegt wirkungsmäßig parallel zum Kondensator 50.

Anhand der F i g. 2 wird nunmehr eine Multivibratorschaltung beschrieben, welche sich innerhalb eines Schaltungssystems, wie beispielsweise innerhalb einer Matrixspeicheranordnung, befindet. Es werden nur die Unterschiede zwischen den Schaltungen der F i g. 1 und 2 im einzelnen beschrieben. Die Gate-Elektroden 22 und 40 der Transistoren 16 und 32 sind mit einer Anschlußklemme 60 verbunden, welche als Einstellanschluß dient Mit den Invertem 12 bzw. 14 sind Rückstelltransistoren 70 bzw. 72 verbunden. Der Rückstelltransistor 70 enthält Gate-, Drain- und Source-Anschlüsse 74, 76 bzw. 78. Der Drain-Anschluß 76 ist mit dem Verbindungspunkt 30 und der Source-Anschluß 78 mit dem Vss-Spannungspegel der Anschlußklemme 56 verbunden.

Der Rückstelltransistor 72 enthält Gate-, Drain- und Source-Anschlüsse 80, 82 bzw. 84. Der Drain-Anschluß 82 ist mit dem Verbindungspunkt 48 verbunden. Die Source-Elektrode 84 ist mit dem Vxs-Spannungspegel der Anschlußklemme 56 verbunden. Die Gate-Elektrode 80 des Transistors 72 und die Gate-Elektrode 74 des

Transistors 70 sind miteinander und mit einer Rückstellanschlußklemme 86 verbunden.

In einem Schaltungssystem ist der Multivibrator außerdem mit ScHaltungsbestandteilen ausgestattet, welche dazu dienen, einen einzelnen Multivibrator 10 mit einer aus einer Vielzahl solcher Multivibratoren bestehenden Anordnung zu verbinden. Um in einer solchen Anordnung einen einzelnen Multivibrator wirksam zu steuern, sind zusätz.liche Lese- und Treibertransistoren 90 und 92 vorgesehen. Der Lese- und Treibertransistor 90 besitzt Gate·, Drain- und Source-Anschlüsse 93, 94 bzw. 96. Die Drain-Elektrode 94 ist mit dem Verbindungspunkt 30 verbunden. Die Source-Elektrode % ist mit einer ersten Bit-Leseleitung 98 und die Gate-Elektrode 93 ist mit einer Speicherauswählleitung 100 verbunden.

Der Lese- und Treibertransistor 92 besitzt Gate-, Source- und Drain-Anschlüsse 102, 104 bzw. 106. Die Source-Elektrode 104 ist mit dem Verbindungspunkt 48 und die Drain-Elektrode 106 ist mit einem zweiten Bit-Leseleiter 108 verbunden. Die Gate-Elektrode 102 ist mit der Speicherauswählleitung 100 verbunden.

Der in Fig. 2 gezeigte Multivibrator kann auf drei verschiedene Weisen betrieben werden. Die erste Betriebsweise wird als »Systembetriebsweise« bezeichnet und verwendet die Lese-Treibertransistoren 90 und 92. Diese Transistoren 90 und 92 werden durch Signale gesteuert, welche über die Speicherauswählleitung 100, die erste Bit-Leseleitung 98 und die zweite Bit-Leseleitung 108 angelegt werden. Die Speicherauswählleitung 100 führt ein Einschaltsignal, um die Transistoren 90 und 92 leitend zu machen. Wird ein VWSignal an die Leitung 98 und ein Vss-Signal an die Leitung 108 angelegt, dann gelangt an den Verbindungspunkt 48 Massepotential und an den Verbindungspunkt 30 der VoD-Signalpegel. Angenommen, der Multivibrator befindet sich in einem anderweitig erregten Zustand, dann nimmt der Multivibrator 10 beim Wegnehmen der Auswählsignale einen ersten stabilen Zustand an, bei dem sich die linke Seite 12 im ausgeschalteten Zustand und der Verbindungspunkt 30 auf dem VWSignalpegel und die rechte Seite 14 im eingeschalteten Zustand und der Verbindungspunkt 48 auf dem Vss-Signalpegel befinden. Bei dieser Betriebsweise arbeiten die Transistoren 90 und 92 in ihrer Treiberfunktion.

Die Bit-Leseleitungen 98 und 108 können auch dazu verwendet werden, um ein Vbo-Signal an die Leitung 108 und ein Vsy-Signal an die Leitung 98 zu legen, um den Verbindungspunkt 30 an Massepotential und den Verbindungspunkt 48 an den VWSignalpege! zu legen. Angenommen, der Multivibrator befindet sich in einem anderweitig erregten Zustand, dann nimmt der Multivibrator 10 beim Entfernen der Signale auf den Leitungen 98 und 108 einen zweiten stabilen Zustand an. In diesem zweiten stabilen Zustand befindet sich der erste Abschnitt 12 in seinem eingeschalteten Zustand und der Verbindungspunkt 30 liegt auf dem Vss-Spannungspegel und der zweite Abschnitt 14 befindet sich in seinem nicht eingeschalteten Zustand und der Verbindungspunkt 48 liegt auf dem Vdd-Spannungspegel.

Die Transistoren 90 und 92 arbeiten in ihrer Lesefunktion, wenn ein Einschaltsignal an die Speicherauswählleitung 100 zum Erregen der Transistoren 90 und 92 angelegt wird. Bei dieser Betriebsweise leitet der Transistor 90, da an seiner Source-EIektrode 94 der Vcc-Spannungspege! Hegt während der Transistor 92 nicht leitet da an seiner Source-EIektrode 104 der Vbo-Spannungspegel liegt Der Stromfluß verläuft durch die Lcsclcitung 98, wodurch angezeigt wird, daß die linke Seite 12 des Multivibrators sich in dem hohen Zustand befindet. Nichlgezeigte. mit den Leitungen 98 und 108 verbundene Schaltungen lesen den Zustand des ί Multivibrators ab.

In einer zweiten Betriebsweise wird der in F i g. 2 gezeigte Multivibrator durch Anlegen eines Massesignals an die Bit-Leseleitung 98 erregt, während die Bit-Leseleitung 108 und die Speicherauswählleitung 100

in ein Einschaltsignal führen. Beide Seiten des Multivibrators liegen an Masse und beide Seiten des Multivibrators beginnen zu leiten. Beim Wegnehmen des Signals von der Speicherauswählleitung lädt sich die Seite des Multivibrators mit der kleineren Kapazität schneller auf

π und schaltet den Transistor auf der entgegengesetzten Seite des Multivibrators in seinen leitenden Zustand.

Bei einer dritten Betriebsweise werden die Lese- und Treibertransistoren 90 und 92 nicht verwendet. Der Multivibrator wird durch ein an die Anschlußklemme 86 angelegtes Rückstellsignal rückgestellt. Bei dieser Arbeitsweise werden die Transistoren 70 und 72 durch das Rückstellsignal eingeschaltet, wodurch der Massespannungspegel V₅, an die Verbindungspunkte 30 und 48 gelangt. Wird das Rückstellsignal von der Anschluß-

2*> klemme 86 wieder entfernt, dann beginnen sich die Kondensatoren 50 und 54 aufzuladen. Die Seite mit der kleineren Kapazität wird auch hierbei wieder schneller auf den VWSpannungspegel aufgeladen, wodurch der Schalttransistor auf der gegenüberliegenden Seite des Multivibrators eingeschaltet wird.

Die drei verschiedenen Betriebsweisen lassen sich somit wie folgt zusammenfassen: Bei der ersten Betriebsweise werden die Bit-Leseleitungen dazu verwendet, den Multivibrator in einen der beiden möglichen Zustände zu schalten. Bei der zweiten und dritten Betriebsweise werden beide Seiten des Multivibrators in den Ein-Zustand zurückgestellt, wonach durch die Unsymmetrie der Kapazitäten der Multivibrator in den entsprechenden stabilen Zustand geschaltet

■»ο wird. Bei der zweiten Betriebsweise werden die Lese- und Treibertransistoren 90 und 92 zum Zurückstellen des Multivibrators verwendet, während bei der dritten Betriebsweise die Rückstellung des Multivibrators durch die Rückstelltransistoren 70 und 72 erfolgt.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung verwendet zwei feste MOS-Kondensatoren unterschiedlicher Größe und den MNOS-Kondensator 62 als »nichtflüchtigen« Speicher zur Speicherung der Information des Multivibrators während der Zeitdauer eines Stromausfalls. Der

so Kondensator 50 ist der kleinere der beiden festen Kondensatoren. Der Multivibrator kann in der bereits vorrngehend beschriebenen Weise durch Verwendung des Speicherauswählsignals und der Bit-Lesesignale in eine« der beiden möglichen Zustände geschaltet werden. Der Vollständigkeit halber sei angenommen, daß der Multivibrator durch die Systemsteuerleitungen angetrieben wird, weiche ein Einschaitsignal enthalten, das an die Speicherauswählleitung 100 angelegt wird, um ein Einschaitsignal sowohl an die Gate-Elektrode 93 des Transistors 90 als auch an die Gate-Elektrode 102 des Transistors 92 anzulegen.

Die Bit-Leseleitung 98 befindet sich auf dem Vss-Massepegel und die Bit-Leseleitung 108 befindet sich auf dem negativen Vbo-Spannungspeeel. Diese Signale bewirken, daß sich der Verbindungspunkt 30 auf Masse und der Verbindungspunkt 48 auf dem Vss-Pege! befinden. Die Speicherzelle wird demzufolge durch die Speichersteuerleitungen erregt bzw. angetrieben, um

diese in ihren /weilen Zustand /u schalten.

Bei der normalen Betriebsweise weiden durch die Speisespannung Signale erzeugt, welche einen bevorstehenden Spannungsausfall anzeigen. Diese Signale gehen dem tatsachlichen Spannungsausfall um Bruchteile einer Sekunde voraus. Während der einem vollständigen Spannungsausfall unmittelbar vorangehenden Zeitspanne besitz die Speisespannung noch genug Energie, die folgende Folge von Signalen anzulegen, um den MNOS-Kondensator 62 in einen seiner beiden stabilen Zustände einzustellen, wodurch der Zustand des Multivibrators während der Zeitdauer des Spannungsausfalls gespeichert wird.

Ist der Multivibrator in der vorangehend beschriebenen Weise eingestellt, dann stellt die Spannungsversorgungsschaltung einen bevorstehenden Spannungsausfall fest und legt eine hohe positive Spannung an die Κ,,,-Anschlußklemme 65 an, wodurch der MNOS-Kondensator 62 in seinen gelöschten Zustand, d. h. in den Zustand mit hohem Kapazitätswert, gebracht wird. Im gelöschten Zustand besitzt der MNOS-Kondensator einen Schwellenwert, der innerhalb eines Bereichs von -2 bis -3 V liegt. Als nächstes legt die Spannungsversorgungsschaltung eine hohe negative Spannung an die Κ,,,-Anschlußklemme 65 an. Unter der Annahme, daß sich der Verbindungspunkt 30 auf dem Ks.s-Massepegcl befindet, liegt ein hohes Potential an dem MNOS-Kondensator und dieser wird in seinen eingeschriebenen stabilen Zustand, d. h. in seinen Zustand hoher Kapazität, geschaltet, in welchem er einen Schwellenwert von etwa - 10 V besitzt. Zu diesem Zeitpunkt fällt die Spannung am Speicher aus. Der MNOS-Kondensator 62 speichert eine Information, welche anzeigt, daß unmittelbar vor dem Spannungsausfall sich der Verbindungspunkt 30 auf dem Vss- Pegel befand.

Nach Beendigung des Spannungsausfalls soll das System wieder seinen ursprünglichen Zustand annehmen und es ist erforderlich, die in dem nichtflüchtigen MNOS-Kondensator 62 gespeicherte Information in den Multivibrator zu übertragen, und zwar in einer Weise, daß dieser den Zustand einnimmt, den er unmittelbar vordem Spannungsausfall innehatte.

Die Folge von hierbei ablaufenden Schritten ist aus den F i g. 3A bis 3E ersichtlich. Als erstes wird ein Rückstellsignal, das die aus Fig.3A ersichtliche Wellenform besitzt, an die Anschlußklemme 86 angelegt, um die Transistoren 70 und 72 einzuschalten und ein Vis-Signal an die Verbindungspunkte 30 und 48 anzulegen. Wie aus der Wellenform in Fig.3B ersichtlich ist. wird die Κ,/v-Leitung auf Massepotential gehalten, um zu diesem Zeitpunkt den MNOS-Kondensator von dem Verbindungspunkt 30 zu isolieren. Die V/jv-Leitung wird nun auf einen mittleren negativen Spannungspegel gebracht, dessen Wert zwischen den beiden Schwellenwerten des MNOS-Kondensators, beispielsweise auf einem Spannungspegel von — 5 V liegt. Die Anschlußklemme 60 erhält, wie aus der Kurvenform der F i g. 3C ersichtlich ist, ihr Einschaltsignal, um die Transistoren 16 und 32 einzuschalten. Der an die V_m-Anschlußklemme 65 angelegte negative Spannungspegel verbindet den in dem MNOS-Kondensator gespeicherten Kapazitätswert mit dem Verbindungspunkt 30. Da sich der MNOS-Kondensator in seinem eingeschriebenen stabilen Zustand befindet, wird an den Verbindungspunkt 30 nur ein kleiner Kapazitätswert hinzugeschaltet, so daß die normale Unsymmetrie in dem bistabilen Multivibrator 10 nicht beeinträchtigt wird, wie dies aus den Wellenformen der Fig. JD und i\^:. ersichtlich ist. In diesen stellen die durchgezoger. ^%n Linien 120 und 122 Spannungen für den Fall dar, daß sich der Kondensator 62 in seinem eingeschriebenen Zustand befindet, während die gestri- -. chelten Linien 124 und 126 Spannungen für den Fall darstellen, daß sich der Kondensator 62 in seinem gelöschten Zustand befindet. Da der Kondensator 50 der kleinere der beiden Kondensatoren ist, lädt sich der Verbindungspunkt 30 schneller in Richtung des

ίο VW-Spannungspegels auf, wodurch der Transistor 34 durchgeschaltet wird. Dadurch wird wiederum der Verbindungspunkt 48 auf den Kv.?-Pegel gelegt und der Kondensator 50 kann sich weiter in Richtung des Kop-Spannungspegels aufladen, wobei sich dieser

η Spannungspegel auch an dem Verbindungspunkt 30 ausbildet. Die Zelle wird aufgefrischt in einen Zustand, der invers zu dem ursprünglichen Zustand ist. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um eine erneute inversion zu bewirken. Hierzu gehören: Auffrischen, Schreiben und erneutes Auffrischen der Zeile, d. h. durch zweimaliges Invertieren oder durch Verwendung einer Referenzzelle, welche ihren Zustand jedesmal dann ändert, wenn die Anordnung beschrieben und aufgefrischt wird und Verwendung dieser Referenzzelle dazu, die in den Speicher eingegebenen oder aus dem Speicher ausgelesenen Daten zu invertieren oder nicht zu invertieren.

Es sei nun angenommen, daß die Bit-Leseleitungen 98 und 108 den Multivibrator in einen Zustand geschaltet haben, in dem sich der Verbindungspunkt 30 auf dem Koo-Spannungspegel, d.h. auf etwa -24V, befindet und bei dem sich der Verbindungspunkt 48 auf dem Vss-Pegel. d. h. auf Massepotentiai, befindet. Wenn die Spannungsversorgungsschaltung wieder einen bevorstehenden Spannungsausfall feststellt, dann gelangt eine relativ hohe positive Spannung an die K,„-Anschlußklemme 65 des MNOS-Kondensators 62, wodurch dieser in seinen gelöschten Zustand (hohe Kapazität) geschaltet wird, in welchem er einen Schwellenwert von — 2 bis — 3 V aufweist. Unmittelbar danach wird ein negatives Spannungssignal an die V/_n-Anschlußklemme 65 angelegt, welches einen Wert von jtwa —24 V besitzt. Da sich der Verbindungspunkt 30 auf — 24 V befindet und die V/„-Ansch!ußklemme ebenfalls auf - 24 V liegt, liegt an dem Kondensator 62 keine genügend hohe Spannungsdifferenz, um seinen stabilen Zustand zu verändern. Bei dieser zweiten Arbeitsweise verbleibt der MNOS-Kondensator 62 in seinem gelöschten Zustand, in welchem er einen relativ hohen

so Kapazitätswert besitzt.

Nach Rückkehr der Spannung erfährt der bistabile Multivibrator eine Folge von Schritten, die ähnlich den oben bereits beschriebenen Schritten sind, um die Speicherzelle wieder in einen Zustand zu bringen, welcher den Zustand vor dem Spannungsausfall kennzeichnet Das Einschaltsignal an der Anschlußklemme 60 ist nicht vorhanden, ein Rückstellsignal wird an die Anschlußklemme 86 angelegt um die Verbindungspunkte 30 und 48 an Massepotential zu legen. Ein Zwischensignal wird an die Kn-Anschlußklemme 65 angelegt um den Kapazitätswert des MNOS-Kondensators 62 mit dem Verbindungspunkt 30 zu verbinden. Das Einschaltsignal an der Anschlußklemme 60 steht nun zur Verfugung, um die Transistoren 16 und 32 durchzuschalten. Die mit den Verbindungspunkten 30 und 48 gekoppelten Kapazitäten beginnen sich aufzuladen. Da der dem Verbindungspunkt 30 hinzugeschaltete Kapazitätswert des MNOS-Kondensators 62 relativ

hoeli ist, ist die Gesamtkapazität aus dem Beitrag des MNOS-Kondensators 62 und des Kondensators 50 größer als der Kapazitätswert des Kondensators 54(wie bei 124 und 126 in den F i g. JD und 3E angedeutet ist). Da der Kondensator 54 nun kleiner ist a,s die kombinierte Kapazität des MNOS-Kondensators 62 und des Kondensators 50, steigt die Spannung am Verbindungspunkt 48 schneller als am Verbindungspunkt 30. Ein negatives Signal zum Einschalten des Transistors 17 wird an dem Verbindungspunkt 48 früher erreicht als die zum Einschalten des Transistors 34 erforderliche Spannung am Verbindungspunkt 30. Da

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bei dieser Arbeitsweise der Transistor 17 eingeschahet wird, gelangt an den Verbindungspunkt 30 ein V.v.s-Massepegel, während der Verbindungspunkt 48 fortfährt, sich in Richtung des VWSpannungspegels aufzuladen. Auf diese Weise wird der in dem MNOS-Kondensator 62 vor dem Sp: nnungsausfall gespeicherte Kapazitätswert dazu verwendet, gegen die in dem Multivibrator vorhandene natürliche Unsymmetrie zu wirken, wodurch der Multivibrator unter Steuerung des in dem MNOS-Kondensator 62 gespeicherten Kapazitätswertes in einen stabilen Zustand gelangt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bistabiler Multivibrator mit zwei kreuzgekoppelten Feldeffekttransistoren, die mit einem ersten bzw. zweiten Anschlußpunkt verbunden sind, die während des Betriebs jeweils einen den Zustand des Multivibrators anzeigenden Signalpegel aufweisen, und mit einem Halbleiterspeicherelement mit veränderbarem Schwellwert, der auch nach Ausfall der Versorgungsspannung erhalten bleibt, wobei das Halbleiterspeicherelement mit einem der Anschlußpunkte verbunden und Ober ein Steuersignal ansteuerbar ist, wodurch der elektrische Zustand des bistabilen Multivibrators nach längerer Zeit, auch nach Ausfall der Versorgungsspannung, wieder eingegeben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Kapazitäten mit dem ersten bzw. zweiten Anschlußpunkt verbunden sind und daß zumindest die erste Kapazität einen Kondensator (62, 50') mit einem veränderbaren Schwellwert aufweist, der auch bei Spannungsausfall erhalten bleibt, daß der Kondensator (62,50') einen ersten mit dem genannten ersten Anschlußpunkt (30) verbundenen Anschluß (66) und einen zweiten Anschluß (64) aufweist, an welchen das Steuersignal (V/n) angelegt wird, um den Kapazitätswert des Kondensators (62, 50') in Abhängigkeit von dem Signalpegel an dem ersten Anschlußpunkt (30) in der Weise zu steuern, daß der Kapazitätswert der ersten Kapazität selektiv so änderbar ist, daß er größer oder kleiner als der Kapazitätswert der zweiten Kapazität ist, wodurch der bistabile Multivibrator beim Anlegen der Veisorgungsspannung einen von den relativen Kapazitätswe. .en der ersten und zweiten Kapazität abhängigen Anfangszustand einnimmt.

2. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kapazität einen weiteren Kondensator (z. B. 54') mit veränderbarem Schwellwert aufweist, welcher einen ersten mit dem zweiten Anschlußpunkt (48) verbundenen Anschluß und einen zweiten Anschluß aufweist, an welchen das Steuersignal (V/*) angelegt werden kann, um den Kapazitätswert dieses weiteren Kondensators (z. B. 54') mit veränderbarem Schwellwert in Abhängigkeit von dem Signalpegel an dem zweiten Anschlußpunkt zu steuern.

3. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Anschlüsse der Kondensatoren (50', 54') mit veränderbarem Schwellwert Schreib-, Übertragungs-, Lösch- und Isoliersignale empfangen können, durch welche das Einschreiben von Betriebszustandsinformation aus dem bistabilen Multivibrator in die Kondensatoren (50', 54'), das Übertragen der in den Kondensatoren (50', 54') mit veränderbarem Schwellwert gespeicherter Betriebszustandsinformation in einen bistabilen Zustand des bistabilen Multivibrators, das Löschen der in den Kondensatoren (50', 54') gespeicherten Betriebszustandsinformation und das Isolieren der Kondensatoren (50', 54') mit veränderbarem Schwellwert von einer Beeinflussung der Eingangs- und Ausgangsinformation zum bzw. vom bistabilen Multivibrator über die Anschlußpunkte (30,48) gesteuert wird.

4. Bistabiler Multivibrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-

net, daß die Kapazitätswerte der Kondensatoren (50', 54') mit veränderbarem Schwellwert abhängig von den Steuersignalen auf einen ersten und einen zweiten vorbestimmten Wert einstellbar sind.

5. Bistabiler Multivibrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren mit veränderbarem Schwellwert jeweils ein Halbleitersubstrat (210), eine auf dem Halbleitersubstrat (210) aufgebrachte erste Schicht aus einem ersten Isoliermaterial, eine auf der ersten Schicht (221) aus Isoliermaterial aufgebrachte zweite Schicht (225) eines zweiten Isoliermaterials und eine auf der zweiten Schicht (225) aufgebrachte leitende Schicht (226) besitzen.

6. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Isoliermaterial (221) Siliziumdioxid und das zweite Isoliermaterial (225) Siliziumnitrid sind.

7. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kapazität (54) einen festen Kapazitätswert besitzt

8. Bistabiler Multivibrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Eingangsvorrichtungen (90, 92), über die erste und zweite Eingangsspannungswerte an die ersten und zweiten Anschlußpunkte (30, 48) angelegt werden können, wodurch der bistabile Multivibrator abhängig von der relativen Größe der ersten und zweiten Eingangsspannungswerte derart geschaltet wird, daß er in einem gewählten seiner bistabilen Zustände bleibt.

9. Bistabiler Multivibrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ersten Schaitungspfad, der eine Reihenschaltung aus einem ersten Feldeffekttransistor (17) und einer ersten Last (16) besitzt, die beide mit dem ersten Anschlußpunkt (30) verbunden sind, sowie einen zweiten Schaitungspfad, welcher parallel zum ersten Schaltungspfad geschadet ist und eine gleiche Reihenschaltung eines zweiten Feldeffekttransistors (34) und einer zweiten Last (32) besitzt, die beide mit dem zweiten Anschlußpunkt (48) verbunden sind, wobei der erste und zweite Anschlußpunkt (30, 48) mit den Steuereingängen des zweiten bzw. ersten Transistors (34,17) gekoppelt sind.

10. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Lastelemente einen dritten bzw. vierten Feldeffekttransistor (16, 32) mit isolierter Gate-Elektrode umfassen.