DE2943552A1 - Monolithisch integrierte schaltung - Google Patents

Monolithisch integrierte schaltung

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DE2943552A1 DE19792943552 DE2943552A DE2943552A1 DE 2943552 A1 DE2943552 A1 DE 2943552A1 DE 19792943552 DE19792943552 DE 19792943552 DE 2943552 A DE2943552 A DE 2943552A DE 2943552 A1 DE2943552 A1 DE 2943552A1
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Description

f ·
W.Gollinger-12 Fl 1023
Mo/bk 25. Oktober 1979
Monolithisch integrierte Schaltung
Die Erfindung bezieht sich auf eine monolithisch integrierte Schaltung, die neben anderen Schaltungsteilen auch einen Taktsignalgenerator enthält und die mindestens einen äußeren Anschluß aufweist, der im Betrieb auf einem von mehreren, durch äußere Beschaltung wählbaren Potentialen liegt, vgl. auch den Oberbegriff des Anspruchs 1.
Mittels eines derartigen äußeren Anschlusses können beispielsweise sogenannte Optionen der für einen bestimmten Zweck bestimmten integrierten Schaltung ermöglicht werden, d.h. in Abhängigkeit von den am äußeren Anschluß liegenden Potentialen sind mehrere Funktionsvarianten der integrierten Schaltung wählbar, über diesen äußeren Anschluß können aber auch Testsignale in die integrierte Schaltung eingespeist werden, durch die beispielsweise eine schnellere Testung der inneren Funktionsabläufe erzielt wird, als wenn die Testung mittels des der integrierten Schaltung inhärenten Taktsignalgenerators ablaufen würde. Dieses Erfordernis ergibt sich beispielsweise bei für elektronische Uhren konzipierten integrierten Schaltungen, die nicht nur die Frequenz eines Quarzoszillators bis in die Größenordnung von 1 Hz teilen, sondern die auch Wecksignalprogramme mit wesentlich längeren Zeiten als 1 s erzeugen, Die Testung derartiger integrierter Schaltungen würde dann die maximal vorgesehene Alarmzeit dauern, um sämtliche Funktionen testen zu können« Durch änderung des inneren Funktionsablaufs über den erwähnten Optionsanschluß
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S-
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läßt sich bei derartigen integrierten Schaltungen die Testzeit wesentlich verringern.
Es ist ohne weiteres verständlich, daß die Mehrfachausnutzung eines einzelnen Anschlusses durch Anlegen mehrerer wählbarer Potentiale innerhalb der integrierten Schaltung einen Schaltungsteil erfordert, der diese unterschiedlichen Potentiale sozusagen erkennt und im allgemeinen in die beiden Zustände H, L eines Binärsignals umsetzt,
Die Aufgabe der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung besteht daher darin, eine monolithisch integrierte Schaltung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß die unterschiedlichen Potentiale sicher erkannt werden können. Dies wird mit den Mitteln des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 erreicht.
Die Erfindung und besonders vorteilhafte Ausgestaltungen werden anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. 20
Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der integrierten Schaltung nach der Erfindung,
Fig. 2 zeigt verschiedene, beim Betrieb der Anordnung nach Fig. 1 auftretende Signalformen,
Fig. 3 zeigt eine erste Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung nach der Erfindung und einem Rechtecksignalgenerator
Fig, 4 zeigt eine zweite Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung nach der Erfindung und einem Rechtecksignalgenerator,
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Fig. 5 zeigt verschiedene bei der Anordnung von Fig. 4 auftretende Signalformen,
Fig. 6 zeigt eine dritte Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung nach der Erfindung und einem Rechtecksignalgenerator und
Fig. 7 zeigt verschiedene bei der Anordnung nach Fig. 6 auftretende Signalformen,
In Fig, 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 die integrierte Schaltung bezeichnet, deren Gehäuse durch das doppelt linierte Rechteck angedeutet ist, An diesem Gehäuse sind von den vielen möglichen äußeren Anschlüssen drei gezeigt, riämlieh der erste äußere Anschluß E1, an den im Betrieb entsprechend der Erfindung vier wählbare Potentiale angelegt werden können, der äußere Anschluß E2 für die Betriebsspannung U_ und der äußere Anschluß E3 für den Schaltungsnullpunkt^
Innerhalb der integrierten Schaltung ist der Taktsignalgenerator 11 vorgesehen, der unter anderem die drei gleichfrequenten Taktsignale F1, F2, F3 erzeugt. Von diesen haben das erste Taktsignal F1.und das zweite Taktsignal F2
kleiner als gins f
ein Puls-Pausen-Verhältnis /,und sie sind gegeneinander um 180° phasenverschoben f vgl» auch Fig t 2, Die Impulsdauer t?3 des dritt^en Taktsignals F3 ist größer als tlydie des ersten Taktsignals F1,und überdeckt diese, vgl. Fig.
30. Am auf die vier Potentiale legbaren äußeren Anschluß E1 liegt der Ausgang des Inverters 12f dessen Eingang das dritte Taktsignal F3 zugeführt ist. Ferner liegt der äußere Anschluß £1 über den ersten elektronischen Arbeits*- kontakt 21 am Schaltungspunkt A der integrierten Schaltung
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und über den zweiten elektronischen Arbeitskontakt 22 am Schaltungspunkt B. Der Steuereingang des ersten elektronischen Arbeitskontakts 21 liegt am Ausgang für das erste Taktsignal F1 des Taktsignalgenerators 11 und der Steuereingang des zweiten elektronischen Arbeitskontakts ist mit dessen Ausgang für das zweite Taktsignal F2 verbunden .
Die vier an den äußeren Anschluß E1 anlegbaren Potentiale sind das der Betriebsspannung Uß, das des Schaltungsnullpunkts, das des äußeren Anschlusses E1 selbst, also ohne äußere Beschaltung/und das des Ausgangs des Rechtecksignalgenerators F4,vgl. die Figuren 3,4 und 6.
Der Ausgangswiderstand des Inverters 12 ist in dessen beiden Schaltzuständen groß gegen den Innenwiderstand des Rechtecksignalsgenerators 4 zu wählen.
Für die folgende Funktionserläuterung sei zunächst vorausgesetzt, daß die Frequenz des Taktsignalgenerators 11 in der Größenordnung von 10 kHz liegt. Wird nun der äußere Anschluß E1 mit dem Anschluß E2 verbunden, also auf das Potential der Betriebsspannung U gelegt, so nehmen beide
ti
Schaltungspunkte A, B praktisch das Potential der Betriebsspannung an. Vergleichbares gilt, wenn der äußere Anschluß E1 mit dem Anschluß E3, also mit dem Schaltungsnullpunkt,verbunden wird, d.h. dann führen die beiden Schaltungspunkte A, B beide praktisch das Potential des Schaltungsnullpunkts. Im dritten der möglichen Fälle, also bei "offenem" äußeren Anschluß E1, führt der Schaltungspunkt A praktisch das Potential des Schaltungsnullpunkts und der Schaltungspunkt B praktisch das Potential der Betriebsspannung U . Diesen Zu-
ständen kann somit in einfacher Weise eine Binärwertigkeit zugeordnet werden, die bei positiver Logik beispielsweise
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im ersten Fall AB = HH , im zweiten Fall AB = LL . und im dritten Fall AB = LH ergibt.
Liegt dagegen am äußeren Anschluß El der bereits erwähnte Rechtecksignalgenerator 4 nach den Fig. 3, 4 oder 6, so ergibt sich für die Potentiale an den Schaltungspunkten A, B der Schaltungszustand AB =; HL . Somit werden mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung den vier Potentialen vier Binärwert-Kombinationen zugeordnet, die mittels hier nicht näher interessierenden weiteren Stufen innerhalb der integrierten Schaltung weiter ausgewertet werden können. Die Art der Auswertung bleibt dabei dem Fachmann überlassen.
Die Potentiale an den Schaltungspunkten A, B sind bei der bereits erwähnten Frequenz des Taktsignalgenerators 11 in der Größenordnung von 10 kHz und bei Realisierung der integrierten Schaltung 1 in MOS-Technik praktisch stationäre Potentiale, da an den Schaltungspunkten A, B weitere Schaltungsteile liegen und somit an deren Eingangskapazität eine temporäre Potentialspeicherung auftritt.
Bei Realisierung der integrierten Schaltung 1 in anderer Technik, , z.B. Bipolartechnik, insbesondere I2L-Teclmik. t oder bei niedrigeren Frequenzen des Taktsignalgenerators 11 als ca. IG kHz kann es erforderlich sein, zwischen die Schaltungspunkte A, B und die Ausgänge der elektronischen Arbeitskontakte 21, 22 eine Halteschaltung^ z.B. in Form von Flipflops etc., einzufügen.
Im Schaltbild der Fig. 3 ist gezeigt, wie der Rechtecksignalgenerator 4 mit der integrierten Schaltung 1 über deren äußeren Anschluß £1 zusammenzuschalten ist. Der Rechtecksigna !generator 4 ist dabei als ein über den Synchroneingang 48 synchronisier, vorausgesetzt, der durch das am Ausgang E1 der integrierten Schaltung 1 liegende, invertierte
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dritte Taktsignal F3 synchronisiert wird, wenn der Umschalter 3 in der in Fig. 3 gezeichneten Position steht. Diese einfache Anordnung ist z.B. bei der eingangs erwähnten Testung anwendbar. Die Testperson schaltet dabei zunächst den Umschalter 3 auf den Synchroneingang 48, und anschließend auf dessen Ausgang 49, wodurch nun die Rechtecksignale, die um 180° gegenüber dem invertierenden dritten Taktsignal F3 phasenverschoben sind, über den Anschluß E1 in die integrierte Schaltung 1 eingespeist werden,wobei die Frequenz der Rechtecksignale gleich der des dritten Taktsignals F3 ist und deren Frequenz^konstant während der Einspeisung in die integrierte Schaltung 1 mit der des Taktsignalgenerators 11 übereinstimmen muß.
In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung mit dem Rechtecksignalgenerator gezeigt, bei der der Umschalter 3 nach Fig. 3 durch den elektronischen Umschalter 31 ersetzt ist, so daß die Einspeisung des Rechtecksignals in die integrierte Schaltung 1 über den äußeren Anschluß E1 automatisch ohne das Einwirken einer Testperson abläuft.
Hierzu dienen die vier monostabilen Multivibratoren M1, M2, M3, M4 die im folgenden der Einfachheit halber als Monoflops bezeichnet werden. Der Eingang des Monoflops M1 liegt am ersten Eingang des elektronischen Umschalters 31. Der Ausgang des Monoflops M1 ist am jeweiligen Eingang der Monoflops M2, M3 angeschlossen. Der Ausgang des Monoflops M2 ist mit dem Steuereingang des elektronischen Umschalters und der des Monoflops M3 mit dem Eingang des Monoflops M4 verbunden, dessen Ausgang am zweiten Eingang des elektronischen Umschalters 31 liegt, dessen Ausgang mit dem äußeren Anschluß E1 der integrierten Schaltung 1 verbunden ist.
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Für die Dauer tm1, tm2, tm3, tm4 des metastabilen Zustands des jeweiligen Monoflops M1...M4 gelten dabei die folgenden Beziehungen:
tml *i, tm3 »0,1 t3
tm2 < t3 - tm1
tm4 4 T2 - tm1 - tm3
vergleiche Fig. 5, in der T2 die Zeit zwischen einer Rückflanke des invertierenden Taktsignals F3 und der Vorderflanke des zweiten Taktsignals F2 ist.
Somit werden die Monoflops M2, M3 nach Ablauf von tm1 ausgelöst und nach Ablauf von tm3 auch das Morrflop M4. Während der Dauer tm2 liegt der Ausgang des Monoflops M4 über den Umschalter 31 am äußeren Anschluß E1 der integrierten Schaltung 1, wobei die Dauer tm4 die Dauer ti des ersten Taktsignals F1 überdeckt. Bevor die Dauer t3 des
—
invertierten dritten Taktsignals F3 beendet ist, ist die Dauer tm2 beendet, so daß der Umschalter 31 wieder auf den äußeren Anschluß E1 umgeschaltet wird und somit bei der nächsten negativen Flanke des invertierten dritten Taktsignals F3 der geschilderte Zyklus erneut beginnen kann.
Die Fig. 6 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung mit dem Rechtecksignalgenerator. Dieser besteht aus dem freischwingenden Oszillator 41 und dem Zähler 42, dessen 2ähleingang 421 die Oszillatorimpulse zugeführt sind. Der Hückstelleingang 420 des Zählers 42 liegt am ersten Eingang eines elektronischen Umschalters 32, dessen Ausgang am äußeren Anschluß El angeschlossen ist, wobei der Zähler mit der Rückflanke des invertierten dritten Taktsignals F3 zu zählen beginnt,
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Der Ausgang 428 des ersten Zählerstandsbereichs a ist mit dem Steuereingang des elektronischen Umschalters 32 und der Ausgang 429 des innerhalb des ersten Zählerstandsbereichs a ■liegenden zweiten Zählerstandsbereichs b mit dem zweiten Eingang des elektronischen Umschalters 32 verbunden. Die Zählerstandsbereiche a, b sind dabei bezüglich der Periodendauer t41 des freischwingenden Oszillators 41 so gewählt, daß die obere Grenze des Zählerstandsbereichs a vor der nächsten Rückflanke des invertierten dritten Taktsignals F3 erreicht wird und das obere Ende des Zählerstandsbereichs b vor dem Erreichen der Vorderflanke des zweiten Taktsignals F2 liegt. Somit wird zu Beginn des Zählerstandsbereichs a der elektronische Umschalter 32 auf den Ausgang 429 geschaltet, und während des Zählerstandsbereichs b liegt das Potential der Betriebsspannung am äußeren Anschluß E1. Ist die integrierte Schaltung 1 eine eingangs erwähnte Quarzuhrenschaltung mit Wecksignalerzeugung, so kann mittels des Anschaltens der drei Potentiale Betriebsspannung, Schaltungsnullpunkt, ei^genes Potential an den Anschluß E1 beispiels- weise ermöglicht werden, daß die integrierte Schaltung ohne Ausnutzung des Wecksignals oder mit einem von zwei möglichen Wecksignalsequenzen betrieben wird. Über das vierte Potential, also das Ausgangssignal des Rechtecksignalgenerators entsprechend den Figuren 3, 4 und 6 ist eine weitere Option möglich, mit der die bereits erwähnte Testung der integrierten Schaltung in einem schnelleren Testzyklus ermöglicht wird.
Obwohl die Anwendung der Erfindung bei einer Quarzuhrenschaltung erläutert wurde, ist sie selbstverständlich nicht auf eine derartige Anwendung beschränkt. Sie kann vielmehr bei jeder Art von integrierter Schaltung benutzt werden, die ähnliche Problemstellungen aufweist.
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Im Falle der erwähnten Uhrenschaltung kommt es bekanntlich auf einen möglichst geringen Stromverbrauch der Gesamtschaltung an. In diesem Fall wird die integrierte Schaltung im allgemeinen in der bekannten CMOS-Technik realisieret vjerden. Dann ist <ier Inverter 12 selbstverständlich ein CMOS-Inverter, und der erste und der zweite elektronische Arbeitskontakt 21, 22 werden mittels CMOS-Transmission-Gates realisiert. Bezüglich der steuernden Taktsignale F1, F2 ist darm jeweils ein Taktinverter erforderlich, um die beiden Gates des jeweiligen Transmission-Gates anzusteuern.
Die Anwendung der Erfindung ist bei den erwähnten Uhrenschaltungen auch nicht darauf beschränkt, die Wahl zweier verschiedener Alarmsignale durch Beschaltung des äußeren Anschluß El zu ermöglichen, So können im Bedarfsfalle auch zwei voneinander verschiedene Ausgangssignalformen wählbar gemacht werden^ die für unerschiedliche Anzeigeeinheiten oder Schrittmotoren vorgesehen sind.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
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    Mo/bk 25. Oktober 1979
    J Monolithisch integrierte Schaltung, die unter anderem ^ einen Taktsignalgenerator enthält, mit mindestens einem äußeren Anschluß, der im Betrieb auf einem von mehreren, durch äußere Beschaltung wählbaren Potentialen liegt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: einem von / der äußere Anschluß (E1) liegt wahlweise aufyVier Potentialen, deren erstes das der Betriebsspannungsquelle Uß, deren zweites das des Schaltungsnullpunkts, deren drittes das des äußeren Anschlusses (E1) selbst ohne äußere Be-Schaltung und deren viertes das des Ausgangs eines Rechtecksignalgenerators (4) ist,
    der Taktsignalgenerator (11) erzeugt mindestens drei gleichfrequente, rechteckförmige Taktsignale (F1, F2, F3)
    deren erstes und zweites ein Puls-Pausen-Verhältnis kleiner eins
    als . haben und gegeneinander um 180° phasenverschoben sind, während die Impulsdauer (t3) des dritten größer als die des ersten ist und diese überdeckt, der äußere Anschluß (£1) liegt am Ausgang eines Inverters (12), dessen Eingang das dritte Taktsignal (F3) zugeführt ist, ferner über einen ersten elektronischen Arbeitskontakt (21), dessen Steuereingang das erste Taktsignal (F1) zugeführt ist, an einem ersten Schaltungspunkt (A) und über einen zweiten elektronischen Arbeitskontakt (22), dessen Steuereingang das zweite Taktsig- nal (F2) zugeführt ist, an einem zweiten Schaltungspunkt (B) und
    der Ausgangswiderstand des Inverters (12) ist in dessen beiden Schaltzuständen groß gegen den Innenwiderstand des Rechtecksignalgenerators (4) .
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    OWGlNAU INSPECTED
    ■ι·
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  2. 2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Inverter (12) ein CMOS-Inverter und der erste und der zweite elektronische Arbeitskontakt (21, 22) je ein CMOS-Transmission-Gate sind.
  3. 3. Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung und einem Rechtecksignalgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Recktecksignalgenerator ein über einen Synchroneingang (48) synchronisierbarer (4) ist, der über den ersten Eingang eines Umschalters (3) am äußeren Anschluß (E1) liegt, während am zweiten Eingang des Umschalters (3) der Ausgang des Rechtecksignalgenerators liegt, der dieselbe Frequenz hat wie das dritte Taktsignal (F3).
  4. 4. Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung und einem Rechtecksignalgenerator nach Anspruch 1 oder 2,
    gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    der Rechtecksignalgenerator besteht aus vier Monoflops (M1, M2, M3, M4),
    der Eingang des ersten Monoflops (M1) liegt über den ersten Eingang eines elektronischem Umschalters (31) am Süßeren Anschluß (El),
    der Ausgang des ersten Monoflops ist mit dem jeweiligen Eingang des zweiten und des dritten Monoflops (M2, M3) verbunden,
    der Ausgang des zweiten Monoflops liegt am Steuereingang des elektronischem Umschalters (31) und der Ausgang des dritten Monoflops am Eingang des vierten Monoflops <M4) dessen Ausgang am zweiten Eingang des elektronischen Umschalters (31) angeschlossen ist, und für die Dauer (tm1,tn^, tm3#tm4) des metastabilen Zu-
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    • ο
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    stands des jeweiligen Monoflops (M1...M4)gelten folgende Beziehungen:
    tm1«tm3 *. 0 ,1 t3 tm2 < t3 - tm1
    T2 - tm3 - tm1 ,
    wobei t3 die Impulsdauer des dritten Taktsignals (F3) ist und T2 die Zeit zwischen der Rückflanke des invertierten dritten (f3) und der Vorderflanke des zweiten Taktsignals (F2) ist.
  5. 5. Schaltungsanordnung mit einer integrierten Schaltung und einem Rechtecksignalgenerator nach Anspruch 1 oder 2,
    gekennzeichnet durch folgende Merkmale: der Rechtecksignalgenerator besteht aus einem freischwingenden Oszillator (41) und einem Zähler (42), dessen Zähleingang (421) mit dem Ausgang des freischwingenden Oszillators (41) verbunden ist, der Rückstelleingang (420) des Zählers (42) liegt am ersten Eingang eines elektronischen Umschalters (32), dessen Ausgang am äußeren Anschluß (E1) angeschlossen ist,
    der Zähler (42) beginnt mit der Rückflanke des invertierten dritten Taktsignals (F3) zu zählen, der Ausgang (428) eines ersten Zählerstandsbereiches (a) ist mit dem Steuereingang des elektronischen Umschalters (32) verbunden und
    der Ausgang (429) eines innerhalb des ersten Zählerstandsbereichs (a) liegenden zweiten Zählerstandsbereichs (b) ist am zweiten Eingang des elektronischen Umschalters (32) angeschlossen.
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