DE2944034C2 - Flip-Flop-Schaltung sowie damit ausgerüstete Frequenzteilerschaltung - Google Patents
Flip-Flop-Schaltung sowie damit ausgerüstete FrequenzteilerschaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Flip-Flop-Schaltung von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art,
sowie eine unter Verwendung einer solchen Flip-Flop-Schaltung aufgebauten Frequenzteilerschaltung.
Kippschaltungen vom Stromumschaltungstyp werden überwiegend als Grundschaltung für Hochgesehwindigkeits-Flip-Flop-Schaltungen
verwendet. Eine Flip-Flop-Schaltung vom Stromumschalttyp der eingangs genannten Art ist aus DE-OS 27 06 9ü4 bekannt.
Es handelt sich um eine nicht im Sättigungsbereich arbeitende Schaltung aus zwei emittergekoppelten Transistorpaaren.
Ihre wahlweise Verbindung mit der Konstantstromquelle bewirkt die Umschaltung, und ihre
Kreuzkopplung bewirkt die Verrastung in jeweils einem der Kippzustände.
Insbesondere unter dem Gesichtspunkt des Hochgeschwindigkeitsbetriebes
werden Flip-Flops verschiedener Arten wie RS-, ]K- und D-Typen unter Verwendung
von mehreren, in verschiedenerweise rückgekoppelten Stromschaltungs-Flip-Flops der genannten Art realisiert
Dabei kommt es beim Aufbau derartiger Schaltungen, insbesondere auch sequentieller logischer Schaltungen,
vor, daß eine Flip-Flop-Schaltung an tlner bestimmten Stelle der Gesamtschaltung nicht als Flip-Flop
betrieben wird. Eine Flip-Flop-Schaltung für derartige
Verwendung ist z. B. aus DE-OS 20 07 912 bekannt Bei
dieser Schaltung ist parallel zu einem der Transistoren des Flip-Flops ein durch ein zusätzliches Steuersignal
durchschaltbarer Schalttransistor vorgesehen, um die Speicherwirkung des Füp-FIops aufzuheben. Diese
Schaltung ist jedoch nicht durch Taktsignale gesteuert und kann nicht in einer synchronbetriebenen Gesamtschaltung
wie z. B. einem Frequenzteiler verwendet werden, da bei Aufhebung der Speicherkapazität des
Flip-Flops am Ausgang nur das Eingangs-Datensignal erhalten wird. Soll bei Zusammenschaltung derartiger
Flip-Flops auch ein Taktsignal an weitere Stufen gelangen, so muß dies über zusätzliche Torglieder od. dgl.
zugeführt werden, die durch ein zusätzliches Steuersignal gesteuert werden, wodurch sich ein zusätzlicher
Leistungsverbrauch und eine Signalverzögerung in diesen
Torgliedern ergibt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flip-Flop-Schaltung
der genannten Art so auszubilden, daß am Ausgang der Flip-Flop-Schaltung wahlweise ein
Kippausgangssignal oder das Taktsignal erhältlich ist. Die Lösungder Aufgabe istimAnspruch langegeben.
Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß der fünfte und sechste Transistor durch das gleiche am Steuereingang
zugeführte Steuersignal gleichzeitig durchschaltbar sind, um die übrigen Transistoren kurzzuschließen,
so daß der von der Konstantstromquelle bestimmte konstante Strom im Takt des Taktii^ials abwechselnd
durch den fünften und sechsten Transistor fließt und somit das Taktsignal auch an einem der Ausgänge der
Flip-Flop-Schaltung erhältlich ist.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen Flip-Flop-Schaltung,
F i g. 2 ein Schaltungsdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Flip-Flop-Schaltung,
F i g. 3 ein Blockdiagramm einer Frequenzteilerschaltung in erfindungsgemäßer Ausbildung,
Fig.4 ein Schaltungsdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Flip-Flop-Schaltung,
Fig.5 Zeitdiagramme zur Erläuterung des Betriebs
des in der F i g. 3 dargestellten Frequenzteilers.
In der Fig. 1 ist eine bekannte herkömmliche Flip-Flop-Schaltung
dargestellt. Im Betrieb wird ein am Eingangsanschluß Vo ι angelegter Dateneingang dadurch
abgetastet, daß ein Transistor <?5 eingeschaltet wird,
wenn ein Takteingang Vc ι auf einem höhen Pegel liegt.
Wenn er auf einem niedrigen Pegel liegt, wird sein Zustand durch Einschalten eines Transistors Q6 gehalten.
Während des Betriebs weist ein Ausgang Z\ ein logisches Ausgangssignal auf, das in Phase mit dem am Eingang
Vd ι angelegten Eingangssignal liegt, während ein
Ausgang Z\ ein logisches Ausgangsignal zeigt, das in entgegengesetzter Phase zum Eingang liegt. Die zum
logischen Betrieb erforderlichen Referenzspannungen
44 UJ4
sind allgemein an die Anschlüsse Vr , und Vr2 angelegt.
In einigen Fällen können komplementäre Signale bezüglich des Eingangssignals und des Taktsignals an Stelle
von Vrι und Vr2 an diese Anschlüsse angelegt werden,
wodurch die Schaltung im Gleichgewicht bzw. symmetrisch betrieben wird.
Diese Art von Flip-Flop-Schaltung arbeitet lediglich als eine sequentielle Schaltung, und es ist nicht möglich,
ein AusgangSiignal in Form von durchlaufenden Daten zu erhalten, wenn das Eingangssignal oder das Taktsignal
erforderlich ist.
Mit Bezug auf die Fig.2 wird ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Flip-Flop-Schaltung beschrieben. In dieser Schaltung sind die Transistoren Qi
und Qi2, die parallel mit Transistoren Q8 bzw. Qn geschaltet
sind, neu hinzugefügte Bauteile; die Basisanschlüsse der Transistoren Q1 und Qi2 sind miteinander
und mit einem Anschluß Vm für das Umschalten zwischen
Kipp-Betrieb und Taktsignalweitergabe verbunden. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird angenommen,
daß die Basisanschiüsse der Transistoren Qi ι und
Qi4 jeweils mit mittleren Potentialen der Erngangsseiten-Logikpegel
als Referenzpotentiale Vrz bzw. Vra, versorgt sind. Wenn der Potentialpegel am Anschluß
VM logisch niedrig liegt, sind die Transistoren Q7 und
Qi 2 unabhängig von den logischen Zuständen der Dateneingänge
Vo 2 und Vc2 im abgeschalteten Zustand,
und d'e Schaltung arbeitet als gewöhnliche Stromschaltungs-Kippschaltung,
wie die in Fig. 1 dargestellte Schaltung. Wenn dabei der Takteingang VC2 einen hohen
Pegel aufweist, wird der Dateneingang Vq2 eingeschrieben,
und die eingeschriebenen Daten werden gehalten, wenn der Takteingang VC2 einen niedrigen Pegel
aufweist.
Es werde der Fall betrachtet, bei dem ein hoher Pegel
am Anschluß Vm anliegt. Wenn der Takt VCi hoch liegt,
ist der Transistor Qi im eingeschalteten Zustand, so daß
der Strom durch einen Widerstand Ri fließt, während
kein Strom in dem Widerstand Ra fließt und der Ausgang Z2 ebenso wie der Takt Vc2 auf hohem Pegel liegt.
Wenn der Takt VC2 niedrig ist, befindet sich nur der
Transistor Qi2 im eingeschalteten Zustand, v/obei Strom
durch den Widerstand Ra fließt und der Ausgang Z2
ebenso wie der Takt Vc2 auf niedrigem Pegel liegt. Aus
diesem Grund weist der Ausgang Z2 immer die gleiche
Wellenform auf wie der Takt Vc2. Je nach dem Inhalt
des Dateneingangs Vd2 und dem unmittelbar vorhergehenden
Zustand kann es vorkommen, daß der Stromfluß durch die Transistoren Qi oder Qi2 in die Transistoren
Qe oder Q10 nebengeschiossen wird. In einem derartigen
Fall werden jedoch die Signalpegel an den Ausgängen Z2 und Z2 nicht beeinflußt, da die Kollektoren dieser
Transistoren miteinander verbunden sind und die fließenden Ströme iufgrund der Verwendung der Konstantstromquelle
12 stets konstant sind. Bei dieser Anordnung wird durch Schalten des Steuereingangs Vm
wahlweise einer der Ausgänge der Kippschaltung aufgrund der Daten von Vd2 und des Taktes von Vc2 ein
Ausgangssignal mit einer Wellenform des Taktes Vcj
annehmen, wie es am Ausgang Z2 erhalten wird. Da überdies der Schaltungsstrom nur durch die Konstantstromquelle
/2 bestimmt ist, wird der Leistungsverbrauch nur wenig erhöht im Vergleich mit der in F i g. 1
gezeigten Schaltung. Da die Kollektorkapazitäten der Transistoren Q? und Qi 2 lediglich den Ausgängen Zi
und Z2 hinzuaddiert sind, beeinträchtigt die Hinzufügung
dieser Kapazitäten die Schaltungslaufzeit kaum.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ist die erfindungsgemäße Flip-Flop-Schaltung durch
Hinzufügung nur einer geringen Anzahl von Bauteilen und eines Steueranschlusses zu einer herkömmlichen
Stromschaltungs-Kippschaltung gebildet. Bei diesem einfachen Aufbau wird durch Steuerung der Steueranschlusses
wahlweise das Ausgangssignal der herkömmlichen Kippschaltung oder die gleiche Wellenform wie
die des Takteingangs erhalten, ohne daß eine Erhöhung des Leistungsverbrauchs oder der Verzögerungszeit
auftritt. Die erfindungsgemäße Flip-Flop-Schaltung kann daher vorteilhafterweise zum Aufbau einer integrierten
logischen Schaltung mit einer Sequenzschaltung verwendet werden.
Eine der Anwendungen der erfindungsgemäßen FHp-Flop-Schaltung isc ein Frequenzteiler für hohe Frequenzen.
Zur Unterteilung einer hohen Frequenz ist es üblich, Zähl-Flip-Flops oder D-Flip-F!ops dadurch aufzubauen,
daß jeweils ein Master-Flip-Flop and ein Slave-Flip-Flop
mit geeigneten Rückkopplungen vorgesehen werden, wobei man die in der F17 1 gezeigten Kippschaltungen
verwendet, und daß disse zur Erzeugung
von Ausgangssignalen eines vorbestimmten Frequenzteilungsverhältnisses kombiniert. Wenn in diesem Fall
die erfindungsgemäße Schaltung als Slave-Kippschaltung
in einer bestimmten Stufe verwendet wird, können verschiedene und veränderbare Frequenzteilungsverhältnisse
leicht erzielt werden.
Mit Bezug auf die F i g. 3 bis 5 wird nun ein unter Verwendung der erfindungsgemäßen Fiip-FIop-Schaltungen
aufgebauter Frequenzteiler beschrieben. Die in der Fig.3 dargestellte Frequenzteilerschaltung empfängt
einen Taktimpuls CP, um diesen mit Frequenzteilerverhältnissen von 1/10 bis 1/44 zu unterteilen. Die
Zähl-Flip-Flops 7"Fl und fF2 sind unter Verwendung
erfindungsgemäßer Flip-Flops aufgebaut, wobei jeweils ein Frequenzteilungsverhältnis von 1/2 vorgesehen ist.
Durch Steuerung der Signalpegel an den Anschlüssen M\ und M2 können an die Takteingang£ansch!üsse C
und C angelegten Signale so wie sie sind an den Ausgängen Q und Q abgegeben werden. In diesem Fall sind die
Fijquenzteilerverhältnisse der Flip-Flops 7"Fl und
7F2 jeweils gleich 1. Es wird daher als Ausgangssignal der mit einem der drei Frequenzteilungsvürhältnisse 1,
1/2 und 1/4 unterteilte Taktimpuls CPan den Ausgangsleitungen
Q2 und Q2 erhalten. Die Ausgangsleitungen
Q2 und Q2 sind mit einem veränderbaren Zählabschnitt
20 gekoppelt, der Verzögerungs(D)-Flip-Flop DFl bis DF 4 umfaßt, die in Kaskade miteinander verbunden
sind. Durch Steuerung des Signalpegels am Anschluß Mz ist eines der beiden Frequenzteilungsverhältnisse
1/10 oder 1/11 auswählbar. Der in der F i g. 3 dargestellte
Frequenzteiler weist daher, wie in der Tabelle 1 gezeig·, sechs Frequenzteilungsverhältnisse auf, wenn die
Signalpegel an den Anschlüssen M]1M2 und M3 entsprechend
eingestellt shid.
Nr. Frequenzteiungsverhältnisse
60 | 1. | 1/10 |
2. | 1/11 | |
3. | 1/20 | |
4. | 1/22 | |
65 5. | 1/20 | |
6. | 1/40 | |
7. | 1/44 | |
8. | 1/22 | |
/Vi1 | M2 | 1 |
1 | i | 0 |
ί | 1 | 1 |
1 | 0 | 0 |
1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | |
In der Tabelle 1 liefern jeweils die Kombinationen Nummer 3 und 5, sowie 4 und 8 die gleichen Frequenzteilungsverhältnisses.
In der in F i g. 3 gezeigten Schaltung ist ein Anschluß INZ mit Anschlüssen Zder jeweiligen
Flip-Flops verbunden und wird dazu verwendet, die jeweiligen Flip-Flops in den Anfangszustand zu setzen,
bevor die Schaltung zu zählen beginnt.
In der F i g. 4 ist ein Schaltungsaufbau eines Zähl-Flip-Flops
TFX und TF2 von F i g. 3 mit erfindungsgemäßen
Flip-Flops dargestellt. Dabei bilden die Transistoren Q\$
bis (?i9, ζ>26, <?27 und Qyo zusammen ein Master-Flip-Flop;
das Slave-Flip-Flop ist gemäß der Erfindung mit
den Transistoren Qm bis Q25, Qis, Q29 und Qn ausgebildet,
und die komplementäre Phase des Ausgangssignals an seinem Knotenpunkt Λ/10 ist an die Basis des logisehen
Eingangstransistors Q\s zurückgeführt. Die Transistoren
Qio und Qi\ sind durch eine Vorspannung Vccv
vorgespannt und arbeiten als Konstantstromquellen. In dem Siave-Fiip-Fiop sind die mit ihren Basisanschiussen
mit dem Anschluß M verbundenen Transistoren Qn und
QiA erfindungsgemäß angeordnet. Die Transistoren Q20
und <?24 sind beide im nicht leitenden Zustand wenn der
Anschluß M auf niedrigem Pegel (logische »0«) liegt, so daß sich das Flip-Flop im normalen Kippbetrieb befindet.
Wenn der Anschluß M auf hohem Pegel (logische »1«) liegt, erzeugen beide Transistoren Q20 und Q24 an
den Ausgangspunkten Λ/10 und Λ/20 Ausgangssignale, die
den wahren und komplementären, an die Anschlüsse C und C angelegten Taktsignalen entsprechen. Die Ausgangspegel
an den Ausgangspunkten Mo und N20 sind über die Emitterfolger-Transistoren Q32 und Qn an die
Ausgangsanschlüsse Q und Q angelegt. Übrigens kann eine Referenzspannung an die Basisanschlüsse der
Transistoren Qn und Q& angelegt werden, ohne daß
das komplementäre Signal daran angelegt wird.
Die Verzögerungs-Flip-Flops DF1 bis DF4 in dem in
An* C i fw ~i πι%τηί»*Αη 7n\*\a— 1Λ Ι^λγ,μλμ η η η I «« _»■· ET ΐ η Α
%J\_I I I 5- V gWl-lglVII I.OIIIVI *V RVIlIlVH OllaiUg i.U I I g. Τ,
aber ohne Anwendung der Erfindung, so ausgebildet sein, daß nicht nur das Master-Flip-Flop, sondern auch
das Slave-Flip-Flop den bekannten Aufbau nach F i g. 1 hat.
Mit Bezug auf die F i g. 5 wird nun die Betriebsweise
der in F i g. 3 gezeigten Schaltung beschrieben. Zi" Vereinfachung
wird angenommen, daß die Wellenform des an die Schaltung angelegten Taktimpulses CPrechteckförmig
ist: die Wellenform an den verschiedenen Teilen der Schaltung von F i g. 3 sind durch entsprechende Bezugssymbole
bezeichnet. Die Flip-Flops TF\ und TF2 sowie DF 1 bis DF4 sind alle in Master-Slave-Beziehung
angeordnet, wobei das Master-Flip-Flop an der Hinterflanke des zu teilenden Eingangsimpulses CP
(Taktimpuls) im Durchiaßzustand ist, während das Slave-Flip-Flop an der Vorderflanke des Eingangsimpulses
im Durchlaßzustand ist, so daß sich ihre Ausgangssignale verändern. Unter der Bedingung, daß der Eingangsimpuls
(Taktimpuls CP) auf hohem Pegel gehalten wird und das Master-Flip-Flop gehalten wird, befindet sich
das Slave-Flip-Flop im Durchlaßzustand; wenn der Anschluß INZ auf hohen Pegel gebracht wird, werden alle
Flip-Flops auf hohen Pegel gesetzt, so daß diese Flip-Flops zwangsweise in den Anfangszustand gesetzt werden.
Obwohl die in der F i g. 5 dargestellten Wellenformen für den Fall gelten, daß die Frequenzteilungsverhältnisses
44 bzw. 40 betragen, wenn die Anschlüsse (Mi, Mi und M5) in den logischen Zuständen (»0«, »0«,
und »0«) bzw. (»0«, »0«, und »1«) sind, gelten entsprechende Bedingungen auch für andere Fälle, wenn die
Ausgänge der Zähl-Flip-FIops TFi und TFI als die
Eingangsimpulse betrachtet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind zwar NPN-Transistoren
dargestellt, wie sie derzeit bei integrierten Schaltungen überwiegend verwendet werden, es ist jedoch
offensichtlich, daß auch PNP-Transistoren oder Feldeffekttransistoren
mit isolierten Steuerelektroden in der erfingungsgemäßen Schaltung verwendet werden können.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Flip-Flop-Schaltung,
mit einem ersten und zweiten Transistor, die zwischen einen ersten bzw. zweiten Knotenpunkt und
einen ersten gemeinsamen Knotenpunkt geschaltet und deren Steuereingänge mit dem zweiten bzw.
ersten Knotenpunkt kreuzgekuppelt sind, einem dritten und vierten Transistor, die zwischen den ersten
bzw. zweiten Knotenpunkt und einen zweiten gemeinsamen Knotenpunkt geschaltet sind
und mit durch ein Taktsignal steuerbaren Schaltmitteln zum selektiven Verbinden des ersten und des
zweiten gemeinsamen Knotenpunktes mit einer Konstantstromquelle,
gekennzeichnet durch
einen fünften Transistor (Q 7, Q 20), der zwischen den ersten Knotenpunkt und den ersten gemeinsamen Knotenpunkt geschaltet ist einen sechsten Transistor (Q 12, Q 25), der zwischen den zweiten Knotenpunkt und den zweiten gemeinsamen Knotenpunkt geschaltet ist und einen Steuersignalanschluß (VM, M), der mit den Steuereingängen des fünften und sechsten Transistors gemeinsam verbunden ist
gekennzeichnet durch
einen fünften Transistor (Q 7, Q 20), der zwischen den ersten Knotenpunkt und den ersten gemeinsamen Knotenpunkt geschaltet ist einen sechsten Transistor (Q 12, Q 25), der zwischen den zweiten Knotenpunkt und den zweiten gemeinsamen Knotenpunkt geschaltet ist und einen Steuersignalanschluß (VM, M), der mit den Steuereingängen des fünften und sechsten Transistors gemeinsam verbunden ist
2. Flip-Flop-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste bis sechste Transistor
bipolare Transistoren sind, deren Kollektoren mit dem ersten bzw. zweiten Knotenpunkt und deren
Emitter mit aem ersten bzw. zweiten gemeinsamen Knotenpunkt verbunden sind and deren Basen die
Steuereingänge bilden.
3. Flip-Flop-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste bis sechste Transistor
Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gates sind, deren Drainanschlüsse mit dem ersten bzw. zweiten
Knotenpunkt und deren Sourceanschlüsse mit dem ersten bzw. zweiten gemeinsamen Knotenpunkt
verbunden sind und fieren isolierte Gates die Steuereingänge sind.
4. Frequenzteilerschaltung mit einer Anzahl in Kaskade geschalteter Master-Slave-Flip-Flop-Stufen,
von denen jede ein Master-Flip-Flop und ein Slave-Flip-Flop aufweist, die durch zueinander komplementäre
Signale angesteuert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Slave-Flip-Flop mindestens
einer Master-Slave-Stufe eine Flip-Flop-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist.
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