DE2706904A1 - Bistabiler schaltkreis - Google Patents

Bistabiler schaltkreis

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DE2706904A1 DE19772706904 DE2706904A DE2706904A1 DE 2706904 A1 DE2706904 A1 DE 2706904A1 DE 19772706904 DE19772706904 DE 19772706904 DE 2706904 A DE2706904 A DE 2706904A DE 2706904 A1 DE2706904 A1 DE 2706904A1
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Description

PATENTANWÄLTE
MANITZ. FINSTERWALD & CRÄMKOW
München, den Λ7Ό2.77 * 3. P/3/Wr-M 3185
THE MRCONI COMPANY LIMITED Marconi House, New Street, Chelmsford, Essex, England
Bistabiler Schaltkreis
Die Erfindung betrifft einen bistabilen Schaltkreis.
Ein bekannter bistabiler Schaltkreis ist in Figur 1 der Zeichnung dargestellt. Der Schaltkreis nach Figur 1 ist ein unterhalb der Sättigung betriebener, emittergekoppelter bistabiler Schaltkreis und umfaßt zwei emittergekoppelte. Transistorpaare T^, T2 und T,, T^, wobei die Emitter der Transistoren T^ und Tp direkt miteinander verbunden sind und gleicherweise die Emitter der Transistoren T, und T^ miteinander verbunden sind.
Die Kollektoren der Transistoren T^ und T, sind bei 11 direkt miteinander verbunden, ebenso wie die Kollektoren der Transistoren T2 und T^ bei 12. Die gekoppelten Kollektoren der Transistoren Tx. und T, und der Transistoren Tp und T^, sind jeweils mit einer Versorgungsleitung 1 über Lastwiderstände 2 und 3 verbunden.
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DR. C. MANITZ · DIPL.-INC. M. FINSTERWALD DIPL. -INC. W. CRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN
β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STR ASSE 1 7 STUTTGART SO «BAD CANNSTATT) MONCH EN. KONTO-N UMME R 7 2
TEL. 10891 32 42 11. TELEX 5-29672 PATMF SEELBERCSTR. 33/25. TEL.I07IDS6 72 öl POSTSCHECK ι MÜNCHEN 7 7 O6 2 - 80S
• ψ.
Die gekoppelten Emitter der Transistoren Tx. und T2 sind über den Kollektor-Emitterweg eines Transistors T^mit einer Konstantstromquelle 4- verbunden und gleicherweise sind die gekoppelten Emitter der Transistoren T3, und T^ über einen Transistor Tgverbunden, wobei de Emitter der Transistoren IV und Tg direkt miteinander verbunden sind.
Die bistabile Wirkung wird mittels Kreuzverbindungen von den Kollektorseiten der Widerstände 2 und 3 über jeweilige Koppelnetzwerke 5 und 6 zu den Basen der Transistoren Tp bzw. Τ* erreicht.
Im Betrieb wirken die Basen 7 und 8 der Transistoren T, bzw. T^, als Dateneingänge des bistabilen Schaltkreises, wobei die Basen 7 bzw. 8 Signale erhalten, die zueinander komplementär sind. Die Basen 9 und 10 der Transistoren T(- und Tg ergeben komplementäre Takteingänge. Die komplementären Ausgänge Q und Q des bistabilen Schaltkreises sind an den Punkten 11 und 12 vorgesehen.
Der normale "stationäre Zustand" dieses bistabilen Schaltkreises tritt auf, wenn der Takteingang zur Basis 9 des Transistors IV hoch liegt. In diesem Zustand ist entweder der Transistor T^ oder Tp leitend und Strom fließt durch den Jeweiligen Transistor des Paares und durch den Transistor T1-. Änderungen in den Dateneingängen 7 und 8 haben keine Wirkung auf den bistabilen Schaltkreis, der in diesem "stationären Zustand" ist.
Wenn das an der Basis 9 des Transistors IV anliegende Taktsignal niedrig wird und das an der Basis 10 anliegende hoch wird, schaltet der Transistor T1- ab und der Strom fließt über einen der Transistoren T, oder T^ und durch Tg.
Die Zustände der Dateneingänge 7 und 8 werden auf diese Weise abgetastet und der bistabile Schaltkreis wird übereinstimmend
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mit den von diesen Dateneingängen eingenommenen Zuständen gesetzt, die einen Zustandswechsel verursachen können oder nicht.
Wenn der Takteingang 9 in den hohen Zustand zurückkehrt wird der Zustand des bistabilen Schaltkreises aufrechterhalten, in_dem Strom vom Paar T , T^ auf das Paar T^, T2 übertragen wird.
Solche emittergekoppelte bistabile Schaltkreise mit diskreten Schaltelementen haben den Nachteil, daß sie im Betrieb auf Schaltfrequenzen in der Größenordnung von höchstens 200 MHz begrenzt sind. ELn Grund für diese Begrenzung liegt in Takt-Durchbruchssignalen an den Q-, Q-Ausgängen 11 und 12, die die zu schaltenden Dat.ensignale ernstlich stören. Dieser Durchbruch tritt auf, der durch die Widerstände 2 und 3 und die Ausgänge 11 und 12 fließende Ausgangsstrom jedesmal umgelenkt wird, wenn das am Eingang 9 anliegende Taktsignal seinen Zustand ändert, d. h. der Strom
abwechselnd durch T^. bzw. T, für den Ausgang 11 und durch T^ und Tp für den Ausgang 12 fließt.
Darüber hinaus ist jeder Ausgangsknotenpunkt 11, 12 mit verschiedenen Bauteilen verbunden, wodurch eine Vergrößerung der Kapazität der Knotenpunkte bewirkt wird,und dadurch werden die Takt-Durchbruchsignale erhöht. Weitere Effekte, die von Haktdurchbrächen und vom Muster der Eingangssignale abhängen, entstehen infolge der unterschiedlichen Treibbedingungen der mit den Knotenpunkten 11, 12 verbundenen jeweiligen Transistorpaare.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bistabilen Schaltkreis zu schaffen, bei dem die Schaltgeschwindigkeitsbegrenzungen infolge der erwähnten Bedingungen zumindestens nicht so schwerwiegend sind.
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Ό.
Gemäß der Erfindung wird ein bistabiler Schaltkreis mit ersten und zweiten Transistorpaaren geschaffen, bei dem die Kollektoren der Transistoren eines Paares durch einen Strompfad verbunden sind und einen Strom aufteilen,
mit einem dritten Transistorpaar, deren Emitter mittels eines Strompfades verbunden sind und deren Kollektoren
einen Strom aufteilen > bei dem die Emitter der ersten Transistoren des ersten und zweiten Paares durch einen Strompfad miteinander verbunden sind, bei obm die Emitter der zweiten Transistoren des ersten und zweiten Paares durch einen Strompfad verbunden sind, mit einer Einrichtung, um Datensignale an einen ersten Transistor
/zu
des ersten und zweiten Paares anlegen, mit einer Einrichtung zum Anlegen von Taktsignalen, um den Strom von einem zweiten zu einem ersten Transistor des ersten und des zweiten Paares in Abhängigkeit vom Zustand des Datensignals und der Rückkoppelpfade zwischen den Kollektoren des ersten Paares und der Basis eines ersten Transistor des dritten Paares, zwischen dem Kollektor des ersten Transistors des dritten Paares und der Basis des zweiten Transistors des ersten Paares, zwischen den Kollektoren des zweiten Paares und der Basis des zweiten Transistors des dritten Paares und zwischen dem Kollektor des zweiten Transistors des dritten Paares und der Basis des zweiten Transistors des zweiten Paares umzulenken.
Vorteilhafterweise werden Datensignale im Betrieb an jeden ersten Transistor des ersten und des zweiten Paares angelegt, wobei die einem ersten Transistor angiegten Signale komplementär zu denen sind, die an dem anderen Transistor anliegen.
Vorzugsweise umfaßt die Einrichtung zum Anlegen der Taktsignale ein viertes Transistorenpaar, deren Emitter durch einen Strompfad so verbunden sind, daß sie einen Strom
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aufteilen , wobei die Kollektoren der Transistoren jevjeils mit den Strompfaden zwischen den Emittern der ersten und zweiten Transistoren des ersten und zweiten Paares verbunden sind und Taktsignale im Betrieb an die Basis eines Transistors des vierten Paares angelegt wBrden.
Üblicherweise werden die Taktsignale im Betrieb an die Basen der beiden Transistoren des vierten Paares angelegt, wobei die an einen Transistor angelegten Signale komplementär zu denen sind, die am anderen Transistor anliegen.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise mit Bezug auf Figur 2 der Zeichnung erläutert, die einen erfindungsgemäßen bistabilen Schaltkreis zeigt.
Gleiche SchaltungsteiIe in Figur 1 und 2 sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der in Figur 2 gezeigte bistabile Schaltkreis unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten dadurch, daß zusätzlich zu den ersten und zweiten Transistorenpaaren, die durch T-, T, bzw. Tp»T4 gebildet werden, ein drittes Transistorenpaar T„ und Tg vorgesehen ist, deren Emitter gemeinsam mit einer Stromquelle 13 verbunden sind.
Die Kollektoren der Transistoren T„ und Tg sind jeweils bei 14 bzw. 15 mit Lastwiderständen 16 und 17 verbunden, wobei die jeweils anderen Enden der Widerstände 16 und 17 miteinander und über einen Pegeländerungskreis 18 mit der Versorgungsleitung 1 verbunden sind.
Die Transistoren T7 und Tg haben deshalb gemeinsam an einem Strom Anteil, der durch die Quelle I3 fließt, wobei einer der beiden Transistoren leitend ist, während der jeweils andere im nicht leitenden Zustand ist. Komplementäre Ausgangssignale von dem bistabilen Schaltkreis werden nun nicht mehr von den Kollektoren 11 und 12 abgenommen, sondern von den Lastwiderständen 16 und I? an den Schaltpunkten 14 bzw. 15.
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Das Ausgangssignal des Transistors T17 bei 14 wird zur Basis des Transistors Tx. zurückgeführt und das Ausgangssignal von T,. bei 11 wird zur Basis 19 des Transistors Tn zurückgeführt. In gleicher Weise wird das Ausgangssignal bei 15 vom Transistor Tq zur Basis des Transistors T2 zurückgeleitet und das Ausgangssignal von T~ bei 12 wird zur Basis 20 des Transistors TQ zurückgeleitet.
Es werden wieder komplementäre Datensignale an die Basen 7 und 8 der Transistoren T, und T^ angelegt, obwohl auch Datensignale nur an den einen oder den anderen der Transistoren angeigt werden können, wenn es erforderlich ist. Komplementäre Eingangssignale sind bevorzugt, weil dies die Geschwindigkeit des Schaltkreises erhöht.
In gleicher Weise komplementäre Taktsignale werden an die Basen 9 und 10 der Transistoren T,- und T^ angelegt, obwohl, wie vorhin erwähnt, ein einzelner Takteingang benutzt werden kann.
In dem bistabilen Schaltkreis nach Figur 2 bilden die Knotenpunkte 11 und 12 nicht die Ausgangspunkte dieses Schaltkreises, wie es im Schaltkreis nach Figur 1 der Fall ist. Die Ausgangssignale des Schaltkreises an den Kollektoren 14 und 15 der Transistoren T„ bzw. Tg werden deshalb durch diese Transistoren gegen den Taktdurchbruch und gegen die vom Eingangss^ialmuster abhängenden Effekte, die an den Knotenpunkten 11 und 12 wegen der Stromumlenkung zwischen den Transistorpaaren T^, T2 und T,, T^ vorhanden sind, gepuffert. Die zusätzlichen Transistoren T_ und Tg ergeben nicht nur ein Paffern der Ausgänge 14 und 15 gegen die Effekte des Taktdurchbrucb.es,sondern bilden auch noch einen Teil der Rückkoppelkreise zu den Transistoren T. bzw. T2.
Da die Transistoren Tx. und Tp in komplementärer Weise arbeiten, wobei der eine Transistor leitend ist, während der
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270690A
- r-
andere nicht__leitend ist (bei stationären Bedingungen), kann die Schaltwirkung in zwei Hälften geteilt werden, iüne Hälfte infolge der Rückkoppelung zwischen Transistoren T und T„
1 * und die andere Hälfte zwischen den Transistoren Tp und TQ, wobei die Wirkung der beiden Hälften im wesentlichen unabhängig voneinander ohne eine Kreuzkoppelung zwischen T^ und T2 vor sich geht.
Die Wirkung der beiden Schaltkreishälften als "unabhängige" bistabile Schaltkreise hilft dabei sicherzustellen, daß der Taktdurchbruch und die musterabhängigen Effekte nicht zwischen den beiden Hälften des Schaltkreises übertragen werden, wie es bei dem Schaltkreis in Figur 1 der Pail ist.
Mit dem Schaltkreis nach Figur 2 ist ein bistabiler Schaltkreis mit diskreten Bauteilen entwickelt worden, der zufriedenstellende Schaltwirkung bei Kippfrequenzen in der Gegend von 1-1,2 GHz besitzt. Man nimmt an, daß die Geschwindigkeitsverbesserung, die durch diesen Schaltkreis erreicht wird, hauptsächlich von der wirksamen Pufferung der Taktdurchbrüche durch die Transistoren T„ und Tg und durch die Verwendung der Puffer-Transistoren zur Schaffung von einander unabhängiger Rückkopplungen für die beiden Schaltkreishälften herrührt. Zusätzlich sind die Ausgangsknotenpunkte bei 14 und 15 mit weniger Bauteilen verbunden und weisen deshalb möglicherweise weniger Streukapazitäten auf, wodurch vermutlich ebenso ein Beitrag zur Geschwindigkeitsverbesserung geleistet wird.
- Patentansprüche 709834/0727
40
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Claims (4)

  1. -M- Pat ent an sprüche
    Bistabiler Schaltkreis mit ersten und zweiten Transi3torpaaren, bei denen die Kollektoren der Transistoren innerhalb eines Paares durch einen Strompfad verbunden sind und einen Strom aufteilen, die Emitter der ersten Transistoren des ersten und zweiten Paares miteinander über einen Strompfad verbunden sind, und die Emitter der z\ieiten Transistoren des ersten bzw. zweiten Paares durch einen Strompfad verbunden sind, und mit einer Einrichtung zum Anlegen von Datensignalen an einen ersten Transistor des ersten und zweiten Paares sowie mit einer Einrichtung zum Anlegen von TaktSignalen zum Schalten des Stromes von einem zweiten zu einem ersten Transistor des ersten und zweiten Paares in Abhängigkeit von dem Zustand der Datensignale, dadurch gekennzeichnet , daß ein drittes Transistorenpaar (Tr7, Tg) vorgesehen ist, deren Emitter durch einen Strompfad verbunden sind und deren Kollektoren (14, 15) so angeordnet sind, daß sie einen Strom aufteilen und daß Rückkoppelpfade zwischen den Kollektoren (11) des ersten Paares und der Basis eines ersten Transistors (T9) des dritten Paares (T17, T8), zwischen dem Kollektor (14) des ersten Transistors (T7) des dritten Paares (T7, TQ) und der Basis des zweiten Transistors (T^) des ersten Paares (T,., T,), zwischen den Kollektoren (12) des zweiten Paares (To, T-^) und der Basis des zweiten Transistors (Tß) des dritten Paares (T„, Tg) und zwischen dem Kollektor (15) des zweiten Transistors (TQ) des dritten Paares und der Basis des zweiten Transistors (T2) des zweiten Paares (To* T^) vorgesehen sind.
    709834/0727
    ORIGINAL INSPECTED
  2. 2. Bistabiler Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß im Betrieb Datensignale an jeden ersten Transistor (T,, T^) des ersten und des zweiten Paares angelegt sind, und die an einem ersten Transistor angelegten Datensignale komplementär zu denen sind, die am anderen ersten Transistor angelegt sind.
  3. 3· Bistabiler Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anlegen der Taktsignale ein viertes Transistorenpaar (IV, Tg) umfaßt, deren Emitter durch einen Strompfad so verbunden sind, daß sie einen Strom aufteilen und deren Kollektoren Jeweils mit den Strompfaden zwischen den JAdttern der ersten (T,, T.) und zweiten (T^, T2) Transistoren des ersten und zweiten Paares verbunden sind und Taktsignale im Betrieb an die Basis eines Transistors des vierten Paares angelegt sind.
  4. 4. Bistabiler Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß im Betrieb Taktsignale an die Basis jedes Transistors des vierten Paares angelegt sind, wobei die an einem Transistor anliegenden Taktsignale komplementär zu denen sind, die an dem anderen Transistor anliegen.
    709834/0727
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