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Elektronischer Taktgeber für elektrische Digitalanlagen
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Die Erfindung betrifft einen elektronischen Taktgeber für elektrische
Digitalanlagen mit einem periodisch elektrische Impulse erzeugenden Impulsgenerator
und einem durch diese Impulse beaufschlagten Impulswandler mit zwei getrennten Ausgängen,
der so beschaffen ist, daß an jedem dieser zwei Ausgänge eine Folge periodischer
Digitalimpulse erscheint und daß zwischen den Digitalimpulsen der einen Folge und
den Digitalimpulsen der anderen Folge eine definierte zeitliche Relation gegeben
ist.
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Ein solcher Taktgeber ist zum Beispiel in der DT-OS 2 345 837 beschrieben.
Mit seiner Hilfe werden zwei Folgen von periodischen Digitalimpulsen erzeugt, deren
Impulse gegeneinander um je den gleichen Zeitwert phasenverschoben sind. Ein weiterer
Taktgenerator ist durch die DT-OS 2 015 129 bekannt. Die wesentlichen Bestandteile
solcher Taktgeber sind Multivibratoren und durch diese beaufschlagte logische Gatter.
Dabei ist zu bemerken, daß die die Impulsfolgen bildenden Digitalimpulse ein rechteckförmiges
Zeitprofil, also lediglich zwei verschiedene Spannungs- beziehungsweise Stromzustände
aufweisen. Der eine wird der logischen "0", der andere der logischen 1" Tt zugeordnet,
wobei der Wirkungspegel, also die steuernde Wirkung des Impulses lediglich nur dem
einen dieser beiden Zustände zugeordnet ist. Der andere Zustand bildet das Intervall
zwischen den Digitalimpulsen und entspricht gewöhnlich dem informationslosen, also
spannungslosen Zustand der die Impulsfolge führenden Schaltungspunkte.
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Solche und ähnliche bekannte Taktgeber sind jedoch für die Steuerung
komplizierterer, insbesondere in integrierter Halbleitertechnik aufgebauter Digitalanlagen
nicht immer ausreichend, da die durch sie erzeugten Impulsfolgen häufig zu an sich
unbeabsichtigten zeitlichen Uberlappungen innerhalb der gesteuerten Anlage führen
können. Solche Überlappungen ergeben sich aber gerade sehr leicht bei der Zusammenarbeit
und Zusammenschaltung vieler Digital-IC-Bausteine in einem gemeinsamen System und
lassen sich im Grunde genommen kaum beseitigen, da ihre Ursache in unterschiedlichen
Laufzeiten beider Impulsfolgen, bedingt durch die angewandte Technologie und Logik,
praktisch unvermeidbar sind.
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Hier soll die Erfindung eine Abhilfe bringen.
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Deshalb ist gemäß der Erfindung eine Ausbildung der an den beiden
Ausgängen des Impulsformers erscheinenden Folgen (TS) und (TM) von Digitalimpulsen
derart vorgesehen, daß die einzelnen Wirkungspegel der einen Impulsfolge von den
einzelnen Wirkungspegeln der anderen Impulsfolge zeitlich durch je zwei Pausen getrennt
sind. Dabei ist, wie bereits erwähnt, der Wirkungspegel nur mit dem einen logischen
Zustand, also gewöhnlich der logischen 1?t verbunden, während mit dem anderen logischen
Zustand, also der logischen ItO" der spannungslose und stromlose Zustand und damit
das Fehlen einer Wirkung verbunden ist.
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Bei einer ersten Ausführungsform des Taktgebers gemäß der Erfindung
ist der Ausgang eines - gleiche Digitalimpulse mit einer festen Frequenz q erzeugenden
- Generators an den Eingang eines - eine Flip-Flop-Kette aus n hintereinandergeschalteten
Flip-Flop-Zellen aufweisenden - Schieberegisters gelegt und außerdem eine mindestens
aus zwei aufeinanderfolgenden Flip-Flop-Zellen des Schieberegisters bestehende Teilkette
sowohl zwischen die beiden Eingänge eines ersten Abnehmers als auch zwischen die
beiden Eingänge eines zweiten Abnehmers geschaltet und dabei diese Teilkette lediglich
im Falle eines dieser Abnehmer um mindestens Je eine weitere unmittelbar vor und
eine unmittelbar
hinter ihr in der Kette des Schieberegisters liegende
Flip-Flop-Zelle verlängert ist, ohne daß hierbei die gesamte Kette des Schieberegisters
erfaßt, und daß schließlich jeder der beiden Abnehmer als eine durch ein äußeres
Rücksetzsignal beeinflußbare Flip-Flop-Zelle mit mindestens einem Ausgang ausgebildet
ist.
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Eine solche Anordnung wird an Hand der Fig. 1 beschrieben.
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Bei einer zweiten, wichtigeron Ausführungsform eines Taktgebers gemäß
der Erfindung sind zwei logische Gatter von der gleichen Art und je zwei Eingängen
auf eine zur gleichzeitigen Erzeugung von vier Digitalimpulsfolgen mit insgesamt
gleichlangen Teilimpulsen befähigte Generatoranlage derart geschaltet, daß Je eine
der vier Impulsfolgen auf je einen Eingang der beiden logischen Gatter gelegt ist,
daß außerdem die Generatoranlage so ausgebildet ist, daß zwei der genannten Impulsfolgen
zu Je einer der beiden Impulsfolgen invertiert und mindestens eine dieser Impulsfolgen
gegenüber einer anderen dieser Impulsfolgen phasenverschoben ist, und daß schließlich
die zur Beaufschlagung der beiden logischen Gatter jeweils vorgesehenen Kombinationen
aus je zwei dieser Impulsfolgen derart getroffen sind, daß in jeder dieser Kombination
die eine Impulsfolge gegenüber der anderen invertiert und phasenverschoben ist.
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Eine solche Vorrichtung wird an Hand der Fig. 2 bis 7 beschrieben.
Sie ist vor allem deswegen von großer Bedeutung, weil sie sich mit bedeutend geringerem
Aufwand als die erste Ausführungsform, insbesondere auch in IC-Halbleitertechnik,
realisieren läßt.
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In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform und in Fig. 2 eine weitere,
besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Taktgebers gemäß der Erfindung dargestellt.
Fig. 3 zeigt das zu der Ausführungsform gemäß Fig. 2 gehörige Zeit-Impulsdiagramm,
während in Fig. 4 die Steuerung eines Schieberegisters durch die in Fig. 2 dargestellte
Ausführungsform dargestellt ist. Die restlichen Fig. 5 bis 7 beziehen sich auf weitere
Ausgestaltung.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung ist
ein - periodische Rechteckimpulse mit einer vorgegebenen Frequenz q erzeugender
- Impulsgenerator I vorgesehen, der auf ein Schieberegister II geschaltet ist. Dessen
Hauptbestandteil ist eine Kette aus hintereinandergeschalteten Flip-Flop-Zellen,
die mit den vom Impulsgenerator I gelieferten Impulsen in der aus Fig. 1 ersichtlichen
Weise beaufschlagt sind. In der Flip-Flop-Kette wird der Zustand logisch "1" von
Zelle zu Zelle im Ring verschoben.
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Die Kette der Master-Slave-Flip-Flop-Zellen des Schieberegisters II
ist in Untergruppen A, B, C, D und E unterteilt, die mindestens je eine der Flip-Flop-Zellen
enthalten. Die Gesamtzahl dieser Flip-Flop-Zellen ist beispielsweise 45. Die die
Gruppe A bildende Teilkette enthält dann beispielsweise 15, die Gruppe B zum Beispiel
3, die Gruppe C zum Beispiel 10, die Gruppe D zum Beispiel 2, die Gruppe E zum Beispiel
15 solche Flip-Flop-Zellen. Dieses Schieberegister II bildet einen Bestandteil des
Impulsumformers. Die beiden impulsformenden Teilanlagen sind von je einem RS-Flip-Flop
gebildet, welches mit III beziehungsweise IV bezeichnet ist. Die R- und die S-Eingänge
der Flip-Flop-Zellen III und IV sind an die Verbindungen zwischen zwei benachbarten
Flip-Flop-Zellen der das Schieberegister II bildenden Kette derart gelegt, daß die
in dieser zu verschiebende logische "1" der Flip-Flop-Zellen III und IV jeweils
dann umschaltet, wenn die im Schieberegister wandernde logische 1 an eine Anschlußstelle
der betreffenden Flip-Flop-Zelle III beziehungsweise IV gelangt. Außerdem hat jede
der Zellen III und IV einen Eingang RZ für Resetimpulse.
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Im Beispielsfalle ist das RS-Flip-Flop II der aus zehn tiaster-Slave-Flip-Flops
bestehenden Teilkette C des Schieberegisters II und das Flip-Flop IV nicht nur zu
dieser Teilkette 10, sondern zusätzlich noch zu einer unmittelbar vor der Teilkette
C liegenden Teilkette B von drei Master-Slave-Flip-Flop-Zellen und einer unmittelbar
auf C folgenden Teilkette D von zwei I4a-
ster-Slave-Flip-Flops
parallel geschaltet. Zusätzlich zu den Teilketten B, C, D enthält das Schieberegister
II noch eine vor B liegende Teilkette A und eine nach D liegende Teilkette E von
jeweils 15 Master-Slave-Flip-Flop-Zellen, so daß das Schieberegister II insgesamt
- wie bereits bemerkt - 45 Master-Slave-Flip-Flop-Zellen enthält.
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Auf Grund der beschriebenen Schaltweise und Zuordnung der Flip-Flop-Zellen
des Schieberegisters II zu den beiden RS-Flip-Flops III und IV erhält man am Ausgang
TS der Zelle IV periodische Digitalimpulse mit einer Pegeldauer von 30 Zeiteinheiten,
während die Intervalldauer zwischen zwei Impulsen der Folge TS jeweils 15 Zeiteinheiten
beträgt. Die Impulse am Ausgang TM des RS-Flip-Flops III erscheinen um drei Zeiteinheiten
nach dem Abklingen des jeweils vorangegangenen Impulses der Folge TS und dauern
jeweils 10 Zeiteinheiten. Eine Zeiteinheit ist dabei durch die Frequenz des Generators
I definiert. Sie beträgt demzufolge -1 q sec.
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Man erkennt unmittelbar, daß man durch die Zuordnung von Flip-Flop-Zellen
des Schieberegisters II zu den RS-Flip-Flop-Zellen III und IV die Möglichkeit hat,
sowohl die Frequenz als auch das Verhalten der Impulse TS und TM zueinander bei
vorgegebener Frequenz q des Generators I zu variieren. Wäre zum Beispiel die Zahl
der zu III parallelgeschalteten Flip-Flop-Zellen des Schieberegisters II gleich
der Zahl der zu IV parallelgeschalteten Zellen, so wäre die Dauer der Einzelimpulse
der Folgen TS und TM komplementär. Man erkennt somit weiter, daß die in dem Beispielsfall
gemäß Fig. 1 ersichtliche ungleiche Zumessung von Schaltzellen zu den beiden Flip-Flop-Zellen
III und IV die Ursache dafür ist, daß die Impulsfolgen TM und TS das gewünschte
unterschiedliche Verhalten aufweisen. Dieser Unterschied wird durch zwischen den
Anschlüssen der RS-Flip-Flop-Zellen III und IV vorgesehenen Teilketten B und D von
Flip-Flop-Zellen des Verschieberegisters II bedingt.
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Die an Hand von Fig. 1 beschriebene Vorrichtung gemäB der Erfindung
wird Jedoch zweckmäßig durch die erheblich einfachere und daher mit wesentlich geringeren
Kosten erzeugende Vorrichtung gemäß Fig. 2 ersetzt, die den eigentlichen Kern dieser
Erfindung bildet. Sie wird nun an Hand der folgenden Figuren näher beschrieben.
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Bei dieser Vorrichtung sind in der zur Erzeugung der auf die beiden
logischen Gatter N 1 und N 2 von der gleichen Art und je zwei Eingängen zu legenden
Digitalimpulse erzeugenden Generatoranlage die beiden Ausgänge 1, 2 einer ersten
Flip-Flop-Zelle F 1 über je ein Verzögerungsglied an je einen der beiden Eingänge
11, 12 einer zweiten Flip-Flop-Zelle F 2 und dabei die vier Ausgänge 1, 2, 3, 4
der beiden Flip-Flop-Zelle F 1 und F 2 einzeln an Je einen Eingang 15, 16 beziehungsweise
18, 19 der beiden logischen Gatter N 1, N 2 gelegt. Dabei ist jedes der beiden logischen
Gatter N 1 und N 2 von je einem der beiden Ausgänge 1, 2 der ersten Flip-Flop-Zelle
F 1 und von je einem der beiden Ausgänge 3, 4 der zweiten Flip-Flop-Zelle F 2 beaufschlagt,
wobei die Zuordnung der Ausgänge der beiden Flip-Flop-Zellen F 1, F 2 zu den Eingängen
der beiden logischen Gatter N 1, N 2 derart getroffen ist, daß bei der Beaufschlagung
des einzelnen Gatters nur solche Ausgänge der beiden Flip-Flop-Zellen F 1, F 2 miteinander
kombiniert sind, die - abgesehen von einer durch Je eines der beiden Verzögerungsglieder
bedingten Verschiebung -Jeweils identische logische Zustände führen. Schließlich
sind bei dieser Anordnung die Eingänge 5, 8 der ersten Flip-Flop-Zelle F 1 über
ein mit Gleichspannung betriebenes und durch die zweite Flip-Flop-Zelle F 2 durch
Rückkopplung beaufschlagtes sowie aus der Parallelschaltung dreier Stromwege bestehendes
Netzwerk versorgt, wobei der zur Beaufschlagung des einen Eingangs der ersten Flip-Flop-Zelle
F 1 dienende erste Stromweg durch eine als Inverter (Negationsgatter) wirksamen
ersten Kombination IN mit mindestens einem Transistor, der zur Beaufschlagung des
zweiten Eingangs der ersten Flip-Flop-Zelle F 1 dienende zweite Stromweg von einer
als Emitter- oder Sourcefolger
wirksamen Kombination SF mit mindestens
einem Transistor und der dritte - zur Steuerung des ersten und des zweiten Stromweges
IN und SF wirkende - Stromweg aus der Serienschaltung eines Widerstandes R und eines
- von einem die Rückkopplung des Ausgangs der zweiten Flip-Flop-Zelle F 2 auf das
Netzwerk vermittelnden Transistor 27 überbrückten - Kondensator C gebildet ist,
der auf Grund seines jeweiligen Aufladezustandes die Potentiale an den in den beiden
anderen Stromwegen vorgesehenen Transistoren und damit die Versorgung der Eingänge
der ersten Flip-Flop-Zelle beeinflußt.
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Die beiden Flip-Flop-Zellen F 1, F 2 sind im Beispielsfalle sogenannte
RS-Flip-Flops und demgemäß durch jeweils zwei NOR-Gatter dargestellt, deren Ausgänge
jeweils auf den einen der beiden Eingänge des anderen NOR-Gatters in der betreffenden
Zelle zurückgeführt sind. Die beiden Ausgänge 1 und 2 der ersten Flip-Flop-Zelle
F 1 sind über jeweils ein Verzögerungsglied an je einen Eingang 11 beziehungsweise
14 der zweiten Flip-Flop-Zelle F 2 gelegt. Im Beispielsfalle liegt der mit 1 bezeichnete
Ausgang von F 1 an dem Eingang 11 und der mit 2 bezeichnete Ausgang am Eingang 14
von F 2. Prüft man nun die logische Funktion der beiden hintereinandergeschalteten
Flip-Flop-Zellen F 1 und F 2, so erkennt man, daß die logischen Zustände zwischen
den Ausgängen 1 und 4 einerseits und zwischen den Ausgängen 2 und 3 andererseits
bei einer verzögerungslosen leitenden Überbrückung der zwischen den beiden Flip-Flop-Zellen
F 1, F 2 geschalteten Verzögerungsglieder miteinander identisch wären. Durch die
beiden mit der Gleichspannung UDD an ihren Gateelektroden gesteuerten und deshalb
lediglich als Widerstand wirkenden MOS-Feldeffekttransistoren vom Verarmungstyp
9 beziehungsweise 10 und die beiden mit dem einen ihrer Beläge über Masse (Uss)
und andererseits über die Ausgänge 1 beziehungsweise 2 von F 1 und über die Source-Drainstrecken
der beiden Feldeffekttransistoren in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise mit Spannung
beaufschlagten Kapazitäten C 1 und C 2 ist jeweils ein Verzögerungsglied zwischen
je einem Ausgang von F 1 an
Je einen Eingang von F 2 gegeben. Zur
Beaufschlagung des einen logischen Gatters N 1 sind - der oben angegebenen Regel
zufolge - die Ausgänge 1 von F 1 und 4 von F 2 und zur Beaufschlagung des anderen
logischen Gatters N 2 die Ausgänge 2 von F 1 und 3 von F 2 miteinander kombiniert.
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Die beiden logischen Gatter N 1 und N 2 haben Jeweils gewöhnlich zwei
Eingänge und sind bevorzugt als NOR-Gatter ausgebildet. An ihren Ausgängen 17 beziehungsweise
20 erscheinen die angestrebten Impulsfolgen TS und TM. Dank der in der Fig. 2 dargestellten
Zuordnung der Eingänge 5 und 8 der ersten Flip-Flop-Zelle F 1 zu den beiden Stromwegen
IN und SF ist die Zuordnung der Impulsfolgen TS und TM zu den beiden Gattern N 1
und N 2 derart, daß am Ausgang 17 von N 1 die - die längeren Digitalimpulse aufweisende
- Folge TS und am Ausgang 20 von N 2 die Folge TM erscheint. Ein Austausch der Anschlüsse
5 und 7 von F 1 würde auch hier eine Umkehrung bewirken.
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Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist außerdem in der Lage,
auch eine - der Differenz von TS und TM entsprechende -dritte Impulsfolge P zur
Verfügung zu stellen. Um dies zu erreichen, sind zwei weitere logische Gatter OG
1 und OG 2 vorgesehen, die derart beschaffen sind, daß an ihren Ausgängen genau
das zu den Ausgängen von N 1 und N 2 invertierte logische Verhalten auftreten würde,
wollte man die Gatter OG 1 beziehungsweise OG 2 an die Stelle von N 1 und N 2 in
der in Fig. 2 dargestellten Schaltung verwenden. Da im Beispielsfalle N 1 und N
2 NOR-Gatter sind, werden demzufolge für die beiden Gatter OG 1 und OG 2 Je ein
OR-Gatter mit Je zwei Eingängen verwendet.
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Diese beiden weiteren logischen Gatter OG 1 und OG 2 von der gleichen
Art und Je zwei Eingängen 21, 22, 23, 24 sind nun derart auf die vier Ausgänge 1,
2, 3 und 4 der beiden Flip-Flop-Zellen F 1 und F 2 geschaltet, daß nur je ein Ausgang
einer der beiden Flip-Flop-Zellen F 1 und F 2 mit Je einem Eingang dieser weiteren
logischen Gatter OG 1 und OG 2 leitend verbunden ist, daß außerdem die Zuordnung
der Ausgänge 1, 2, 3 und 4 der beiden
Flip-Flop-Zellen F 1 und
F 2 zu den Eingängen dieser beiden logischen Gatter OG 1 und OG 2 derart getroffen
ist, daß bei der Beaufschlagung jedes der beiden Gatter OG 1 und OG 2 nur solche
Ausgänge der beiden Flip-Flop-Zellen F 1 und F 2 miteinander kombiniert sind, die
- abgesehen von der durch die beiden Verzögerungsglieder bedingten Verschiebung
- synchron zueinander invertierte logische Zustände führen, und daß schließlich
die Ausgänge dieser beiden logischen Gatter OG 1 und OG 2 an die beiden Eingänge
eines dritten logischen Gatters NA gelegt sind, das mit Rücksicht auf die beiden
anderen Gatter OG 1 und OG 2 derart ausgewählt ist, daß an seinem Ausgang P nur
dann eine logische II erscheint, wenn alle vier Eingänge der es steuernden beiden
Gatter OG 1, OG 2 identisch logisch beaufschlagt sind.
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Dem entspricht, daß dieses dritte zusätzliche logische Gatter NA mit
Rücksicht auf die beiden OR-Gatter OG 1 und OG 2 als NAND-Gatter ausgestaltet ist.
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Das zur Versorgung der beiden Eingänge 5 und 8 der ersten Flip-Flop-Zelle
F 1 vorgesehene Netzwerk ist - abgesehen von den den dritten Stromweg bildenden
Kondensator C und dem Widerstand R -ausschließlich im Beispielsfalle mittels MOS-Feldeffekttransistoren
dargestellt, weil eine solche Darstellung sich für eine Realisierung in integrierter
Halbleitertechnik eignet. Dem entspricht, daß die für die Rückkopplung, den Inverter
IN und für den zweiten Stromweg SF benötigten Widerstände ebenfalls durch - entsprechend
geschaltete - MOS-Feldeffekttransistoren realisierbar sind. Zweckmäßig sind diese
dann, wie im Beispielsfalle, als Feldeffekttransistoren vom Verarmungstyp ausgestaltet,
wobei die Steuer- oder Gateelektrode unmittelbar mit der Source-Drainstrecke des
betreffenden MOS-Transistors leitend verbunden ist. Beispiele hierfür sind die Transistoren
30 und 31, deren Source-Drainstrecke jeweils mit der Source-Drainstrecke eines zweiten,
diesmal eine reine Transistorfunktion ausübenden Feldeffekttransistors 29 beziehungsweise
32 in Reihe geschaltet ist.
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Dieser zweite Transistor 29 beziehungsweise 32 ist zweckmäßig - ebenso
wie der Rückkopplungstransistor 27 und der eine äußere Steuerung ermöglichende Transistor
28 - vom Anreicherungstyp.
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Das zur Versorgung der beiden Eingänge 5 und 8 dienende Netzwerk ist
nun vorteilhafterweise so ausgestaltet, daß sowohl der erste Stromweg als auch der
zweite Stromweg durch je eine Serienschaltung der Source-Drainstrecken je zweier
Feldeffekttransistoren gebildet ist, daß jede dieser beiden Serienschaltungen den
aus dem Kondensator C und dem Widerstand R bestehenden dritten Stromweg überbrückt,
daß ferner Je einer der beiden den zweiten und Je einer der beiden den ersten Stromweg
bildenden Feldeffekttransistoren 30 beziehungsweise 31 als ohmscher Widerstand verwendet
und die Gateelektrode des zweiten, den betreffenden Stromweg mitbildenden Feldeffekttransistors
29 beziehungsweise 32 an einen sich zwischen dem Kondensator C und dem Widerstand
R im dritten Stromweg befindlichen Schaltungspunkt M gelegt ist.
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Außerdem ist ein zwischen den beiden Transistoren 29, 30 des ersten
Stromweges IN befindlicher Schaltpunkt an den einen Eingang 5 und ein zwischen den
beiden Transistoren 31 und 32 des zweiten Stromweges SF befindlicher Schaltpunkt
an den zweiten Eingang 8 der ersten Flip-Flop-Zelle gelegt. Schließlich ist die
Reihenfolge der beiden den zweiten Stromweg bildenden Transistoren gegenüber der
Reihenfolge der beiden den ersten Stromweg IN bildenden Transistoren vertauscht.
Dies bedeutet, daß im Falle des ersten Stromweges der die reine Widerstandsfunktion
ausübende Feldeffekttransistor 30 ein niedrigeres elektrisches Potential als der
die Transistorfunktion ausübende Transistor 28 hat, während im Falle des zweiten
Stromweges SF der Transistor 31 mit der reinen Widerstandsfunktion ein höheres elektrisches
Potential als der die Transistorfunktion ausübende MOS-FET 32 hat.
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Dadurch wird erreicht, daß entweder der erste oder der zweite Stromweg
ein Inverter, der andere ein Sourcefolger ist.
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Zu erwähnen sind noch die bereits angedeuteten Transistoren 28 und
27, die beide eine reine Transistorfunktion haben. Die Gateelektrode des Rückkopplungstransistors
27 ist an den einen Ausgang 4 der zweiten Flip-Flop-Zelle gelegt und bedingt auf
diese Weise eine für die Wirkungsweise des Taktgebers gemäß Fig. 2 entscheidende
Funktion. Die Gateelektrode des Transistors 28 ist mit äußeren Signalen (Rücksetzsignalen)
RE beaufschlagbar. Die
Source-Drainstrecken dieser beiden Transistoren
27 und 28 sind zueinander parallel geschaltet und liegen unmittelbar an den beiden
Elektroden des Kondensators C, so daß der über die beiden Transistoren fließende
Strom durch die an C liegende Spannung und durch die an seiner Gateelektrode liegende
Spannung gesteuert wird.
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Die Anordnung stellt einen RC-Oszlllator mit einer Folgeschaltung
dar, die in sich die Fuziktionen des Generators I und des Impulsumformers II, III,
IV der in Fig. 1 dargestellten Anordnung in sich vereinigt. Dazu ist zu bemerken,
daß die Länge der beiden Pausen zwischen je einem Impuls der Folge TM und den jeweils
zeitlich zu ihm benachbarten Impulsen der Folge TS beziehungsweise je eines Impulses
der Folge TS bezüglich seiner Nachbarn aus der Folge TM durch die Bemessung der
beiden Verzögerungsglieder zwischen den Flip-Flop-Zellen F 1 und F 2 bestimmt sind.
Dabei ist je ein Verzögerungsglied für die Länge je einer der beiden Pausen zuständig.
Würden die Verzögerungsglieder ohne Verzögerung arbeiten, so wäre die Impulsfolge
TS nichts anderes als eine Invertierung der anderen Impulsfolge TM, was ersichtlich
nicht das Ziel dieser Erfindung ist. Im folgenden wird zunächst ihre Wirkungsweise
beschrieben: Ausgehend von dem Augenblick, in welchem der zu C parallele Anreicherungstyp-Transistor
27 hochohmig wird, kann der Kondensator C über den Widerstand R aufgeladen werden.
Hat nun das Potential im Punkt M zwischen R und C die erste Schwellenspannung des
Transistors 29 überschritten, so wird der Transistor 28 leitend, so daß am Eingang
5 von F 1 eine logische "O" entsteht, die jedoch keine weiteren Änderungen nach
sich zieht. Steigt nun das Potential auf die doppelte Schwellenspannung von 29 an,
so wird auch der Anreicherungstyp-Transistor 32 leitend, so daß eine logische ist
an den Eingang 8 des Flip-Flops F 1 gelangt, dessen Ausgang 2 somit den Zustand
"O" annimmt. Außerdem wird der andere Ausgang 1 die logische "1" annehmen und gibt
diesen Zustand über das Verzögerungsglied aus dem Feldeffekttransistor 9 und dem
Kondensator C 1 an den Ausgang 3 von F 2 verz6-
gert weiter, der
hierdurch den Zustand "O" erhält. Gleichzeitig ist der Kondensator C 2 des zweiten
Verzögerungsgliedes über den Transistor 10 entladen worden, so daß am Ausgang 4
von F 2 eine logische 1 entsteht. Hierdurch wird der Transistor 27 leitend, so daß
die Entladung des Kondensators C möglich wird. Beim Erreichen der doppelten Schwellenspannung
verschwindet am Eingang 8 von F 1 die logische "1", wodurch das Flip-Flop F 1 freigegeben
wird. Mit dem Unterschreiten der ersten Schwelle bei der Entladung von C entsteht
am Eingang 5 von F 1 eine logische "1", so daß F 1 kippt. Wegen der die Verbindung
zu der zweiten Flip-Flop-Zelle F 2 bildenden Verzögerungsglieder 9, C 1 beziehungsweise
10, C 2 kippt dann auch noch das zweite Flip-Flop F 2.
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Auf Grund der dabei gegebenen Verzögerung kann nun der Kondensator
C auf einem tiefen Potential entladen werden. Dadurch wird der Transistor 27 gesperrt,
so daß der Aufladevorgang von C und damit die neuerliche Umschaltung der beiden
Flip-Flop-Zellen F 1, F 2 erneut eingeleitet wird. Die beschriebene Anordnung wirkt
somit als Impulsgenerator, oder Oszillator, der sich über den Transistor 8 mittels
eines äußeren Signals RE starten beziehungsweise ausschalten läßt, ohne daß dabei
- wie bei den bekannten Taktgebern - eine Verstümmelung der Anfangs- und Schlußimpulse
der beiden Impulsfolgen TS und TM auftreten kann.
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Bei der in Fig. 2 und auch in Fig. 4 dargestellten Anordnung gemäß
der Erfindung ist die Funktion des Impulsgenerators und des Impulsumformers ebenso
wie bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 gegeben. Jedoch ist die Lokalisierung nicht
so einfach wie im Fall der Fig. 1. Dies wird auf Grund des in Fig. 3 dargestellten
zugehörigen Impuls-Zeitdiagramms verständlich.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm sind die an einzelnen wichtigen
Stellen der in Fig. 2 dargestellten Schaltung auftretenden logischen Zustände tiO"
und 1" n über der Zeit t aufgetragen, wobei in allen Teildiagrammen gleiche Abszissen
gleichen Zeitpunkten entsprechen. Die Darstellungen beziehen sich auf den Punkt
M zwischen dem Kondensator C und dem Widerstand R, die beiden Eingänge 5 und 8 der
ersten Flip-Flop-Zelle F 1, die Aus-
gänge 1, 2, 3 und 4 beider
Flip-Flop-Zellen F 1 und F 2, die beiden Ausgänge 17 und 18 der beiden NOR-Gatter
N 1 und N 2 sowie den Ausgang P des NAND-Gatters NA. Bei dem die Zustände im Punkt
M darstellenden ersten Teildiagramm sind außerdem die Zeitpunkte angedeutet, an
denen die erste Schwelle beziehungsweise die zweite Schwelle erreicht wird. Sie
sind durch die in Je einen Kreis gesetzten Zahlen 1 und 2 angedeutet. Die Ausgänge
17 und 20 der beiden NOR-Gatter N 1 und N 2 liefern die angestrebten Impulsfolgen
TS und TM. Am Ausgang P des NAND-Gatters NA tritt eine Impulsfolge P auf, welche
aus der Differenz der beiden Impulsfolgen TS und TM besteht. Sie wird über die beiden
OR-Gatter OG 1 und OG 2 und das NANDGatter NA geliefert. Die drei zuletzt genannten
Gatter sind entbehrlich, wie auch Fig. 4 zeigt.
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In der Fig. 4 ist eine Einsatzmöglichkeit des Taktgebers gemäß Fig.
2 dargestellt. Dabei sind Jedoch zwei Abwandlungen getroffen. Die eine Abwandlung
betrifft das NOR-Gatter N 2', das hier mit einem dritten Eingang versehen ist. Dieser
dritte Eingang sorgt in Verbindung mit der jeweils zu steuernden Digitalschaltung
dafür, daß gewisse Einzelimpulse einer Folge (hier der Folge TM) ausgeblendet werden.
In der dadurch bedingten Unterbrechung kann zum Beispiel eine Rücksetzung erfolgen.
Die zweite Abwandlung betrifft eine Ergänzung der beiden zwischen der ersten Flip-Flop-Zelle
F 1 und der zweiten Flip-Flop-Zelle F 2 vorgesehenen RC-Glieder 9, C 1 und 10, C
2 durch als sogenannte "Killer" K 1 und K 2 geschaltete Feldeffekttransistoren,
die für eine Beschleunigung des Ladungsabflusses aus den beiden RC-Kapaziäten C
1 und C 2 sorgen. Dabei wird beim sogenannten "Start-Stop-Betrieb" durch die in
Fig. 4 gezeigte Anordnung dieser Feldeffekttransistoren erreicht, daß die Aufladung
des Kondensators C 1 beziehungsweise C 2 durch den Feldeffekttransistor K 1 beziehungsweise
K 2 so lange verhindert wird, bis der Takt mit voller Amplitude und zeitlicher Länge
erscheinen kann.
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Außerdem wird über den gleichen Transistor ein Weiterschwingen verhindert,
indem der Feldeffekttransistor K 1 beziehungsweise K 2 leitend wird, sobald der
Kondensator C 1 beziehungsweise C 2 vollständig entladen ist.
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Der Einsatz des erfindungsgemäßen Taktgebers geschieht zweckmäßig,
indem einer zu steuernden Digitalanlage die Impulsfolgen TS und TM zugeführt werden.
Eine solche Anlage ist in Fig. 4 dargestellt. Sie ist ein eine Flip-Flop-Kette SR
1 ... SR 7 als wesentlichen Bestandteil aufweisendes Schieberegister oder Zähler.
Der Aufbau der einzelnen Zelle ist aus dem Schaltbild gemäß Fig. 4 ersichtlich.
Von diesbezüglichen Ausführungen im Text wird abgesehen. Die Rücksetzung in den
Ausgangszustand erfolgt über ein Exklusiv-NOR-Gatter EN. Um die Anlage nach Einschalten
der Betriebsspannung in den Anfangszustand zu versetzen, ist ein zentraler Rücksetzer
RSG vorgesehen. Außerdem weist die Anlage noch weitere zusätzliche NOR-Gatter N
3 bis N 6 auf, die von den einzelnen Flip-Flop-Zellen SR 1 ... SR 7 in der aus der
Fig. 4 ersichtlichen Weise versorgt sind. Durch die Anschaltung des dritten Eingangs
des NOR-Gatters N 2 am Ausgang des Taktgebers an die Takteingänge der einzelnen
Schieberegisterzellen SR 1 ... SR 7 entsprechend Fig. 4 wird eine Unterdrückung
des Jeweils 64. Taktes der TM-Folge erreicht, um in der dadurch bedingten Impulspause
den Zähler in den Ausgangszustand rücksetzen zu können. Der zentrale Rücksetzer
RSG kann zum Beispiel entsprechend der Patentanmeldung P 24 60 671.1 (VPA 74/1210)
ausgestaltet sein.
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Wie bereits angedeutet, ist es zweckmäßig, den Taktgeber gemäß der
Erfindung in integrierter MOS-Technik - vorzugsweise in Kombination mit einem zu
steuernden Digitalgerät - herzustellen.
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Dann kann es von Vorteil sein, daß die beiden Impulsfolgen nur an
einem einzigen Anschluß aus dem Taktgeber herausgeführt werden. Dann müssen aber
Maßnahmen mitgetroffen werden, die es ermöglichen, eine Trennung der Wirkung der
beiden Impulsfolgen TS und TM in der angesteuerten Anlage zu erreichen. Hierzu gibt
es zum Beispiel verschiedene Möglichkeiten, die an Hand der Fig.
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5 bis 7 noch kurz erläutert werden.
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Da in dem nunmehr zu beschreibenden Fall der Taktgeber gemäß der Erfindung
nur einen einzigen Ausgang hat, müssen die bei den oben beschriebenen Anlagen entstehenden
Impulsfolgen TS und TM
zur Uberlagerung gebracht und dann im Eingangsteil
eines zu steuernden Digitalgerätes wieder voneinander getrennt werden, um dort wiederum
als einzelne Impulsfolgen TS und TM, zum Beispiel zur Steuerung von Flip-Flop-Zellen,
zur Verfügung zu stehen.
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Demzufolge muß der durch Uberlagerung entstehende Impulszug die Information
beider Impulsfolgen TS und TM in sich vereinigen, ohne daß hierbei ein Teil der
Informationen verlorengeht. Ein hierzu geeigneter Impulszug ist in Fig. 7 dargestellt.
Seine Realisierung bereitet verhälcnismäßig wenig Aufwand, wie dies das in Fig.
5 dargestellte MOS-Schaltbild einer entsprechenden Kodierungsvorrichtung zeigt.
Ein entsprechender Dekoder, der an den Eingang eines durch den Taktgeber zu beaufschlagenden
Digitalgerätes zu legen ist, wird an Hand der Fig. 6 besprochen.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung sind die beiden, die gewünschten
Impulsfolgen (TS, TM) abgebenden logischen Gatter N 1, N 2 als NOR-Gatter mit jeweils
drei Eingängen ausgestaltet, von denen Jeweils zwei Ausgänge in der bereits beschriebenen
Weise mit den Ausgängen der beiden Flip-Flop-Zellen F 1, F 2 verbunden sind. Außerdem
wird eine Vorrichtung zur Erzeugung der Differenz der beiden Impulsfolgen TS und
TM benötigt. Sie ist zweckmäßig in der aus der Fig. 2 ersichtlichen Weise ausgestaltet.
Dies bedeutet, daß nicht nur die Ausgänge der beiden Gatter N 1, N 2, sondern auch
noch der Ausgang P eines dritten Gatters NA verwendet wird.
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Wesentlich ist nun, daß die Ausgänge der beiden die gewünschten Impulsfolgen
liefernden Gatter, also die Ausgänge der beiden NOR-Gatter N 1, N 2, mit je drei
Eingängen an die Gateelektrode Je eines Feldeffekttransistors 33 beziehungsweise
34 gelegt sind, daß ferner die Source-Drainstrecken der beiden Feldeffekttransistoren
33, 34 an Gleichspannung gelegt und durch die Serienschaltung der Source-Drainstrecken
zweier weiterer - als Transistoren geschalteter - Feldeffekttransistoren 35, 36
überbrückt sind, deren Gateelektroden gemeinsam an die beiden noch nicht erfaßten
dritten Eingänge der beiden logischen Gatter N 1, N 2 gelegt und gemeinsam mit diesen
an den Ausgang einer die
Differenz der beiden an den Ausgängen
der beiden logischen Gatter N 1, N 2 erscheinenden Impulsfolgen TS und TM bildenden
Schaltung - also dem NAND-Gatter NA bei der Anordnung gemäß Fig. 2 - gelegt sind,
und daß schließlich der Ausgang 37 des Impulsgenerators gleichzeitig von je einem
Schaltungspunkt zwischen den Source-Drainstrecken der beiden Transistorpaare 33,
34 beziehungsweise 35, 36 beaufschlagt ist.
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Damit ist der in Fig. 5 dargestellte Kodierer beschrieben. Seine Aufgabe
besteht darin, die an sich vom Taktgeber erzeugten Impulsfolgen TM und TS so zur
Uberlagerung zu bringen, daß die resultierende Impulsfolge, die allein auf die zu
steuernde Digitalanlage übertragen wird, eine mit geringem Aufwand mögliche Dekodierung
unter exakter Reproduktion der beiden Impulsfolgen TS und TM, unter Beibehaltung
der ursprünglichen zeitlichen Relation der beiden Impulsfolgen zueinander, erlaubt.
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Ein solcher Dekoder ist in Fig. 6 schaltungsmäßig dargestellt.
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Der einzige Eingang 38 eines über die in Fig. 5 dargestellte Teilanlage
gesteuerten Digitalgerätes ist auf die Gateelektroden zweier Feldeffekttransistoren
39, 41 geschaltet, von denen der eine mit einem als.Widerstand geschalteten Feldeffekttransistor
40 einen Inverter, der andere mit einem - ebenfalls als Widerstand geschalteten
Feldeffekttransistor 42 einen Sourcefolger bildet. Ferner sind der Inverter und
der Sourcefolger zueinander parallel geschaltet und an eine Gleichspannungsquelle
gelegt.
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Schließlich läßt sich an einem Schaltungspunkt zwischen den beiden
Feldeffekttransistoren 39, 40 des Inverters das Signal TS und an einem Schaltungspunkt
zwischen den beiden Feldeffekttransistoren 41, 42 des Sourcefolgers das Signal TM
abnehmen und an die entsprechenden Stellen der zu steuernden Digitalschaltung, zum
Beispiel den Vorbereitungstakt und den Auslösetakt einer Master-Slave-Flip-Flop-Kette,
weiterleiten.
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19 Patentansprüche 7 Figuren
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