DE3935452A1 - Integrated, bistable flip=flop with differential amplifier - has current mirror in output branch of each amplifier switching transistor - Google Patents
Integrated, bistable flip=flop with differential amplifier - has current mirror in output branch of each amplifier switching transistorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine integrierte bistabile Kipp schaltung mit einem Differenzverstärker aus zwei emittergekoppelten, als Schalter wirkenden NPN- Transistoren, die durch zugeführte Stromimpulse abwech selnd in den leitenden Zustand gesteuert werden.The invention relates to an integrated bistable tilt circuit with a differential amplifier of two emitter-coupled NPN Transistors that vary due to current pulses supplied be controlled in the conductive state.
Eine bistabile Kippschaltung dieser Art ist z. B. aus Tietze/Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik, 8. Auflage, Berlin 1986, Seiten 208 bis 209, bekannt.A bistable multivibrator of this type is e.g. B. from Tietze / Schenk: Semiconductor circuit technology, 8th edition, Berlin 1986, pages 208 to 209, known.
Es hat sich nun gezeigt, daß die Schaltflanken einer solchen bistabilen Kippschaltung durch zu schnelles Umschalten Oberwellen enthalten, die bei Verwendung der Kippschaltung in integrierten Schaltungen Störungen in mitintegrierten Signalverarbeitungskreisen (z. B. Schaltungen zur automatischen Sendereinstellung in Fernsehempfängern) verursachen können. Dies ist auch darauf zurückzuführen, daß die Schalttransistoren der Kippschaltung übersteuert werden, wobei über stets vorhandene parasitäre Transistoren Störimpulse in das Substrat der integrierten Schaltung injiziert werden.It has now been shown that the switching edges of a such bistable flip-flop by too fast Switching harmonics included when using the Toggle circuit in integrated circuits interference in with integrated signal processing circuits (e.g. Circuits for automatic tuning in Television receivers). It is also due to the fact that the switching transistors of the Toggle switch are overridden, being over always existing parasitic transistors interference pulses in that Substrate of the integrated circuit to be injected.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bistabile Kippschaltung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein zu schnelles Umschalten und die Injektion von Substratströmen vermieden werden.The invention has for its object a bistable Form flip-flops of the type mentioned at the beginning that switching too quickly and the injection of Avoid substrate flows.
Diese Aufgabe wird bei einer integrierten bistabilen Kippschaltung entsprechend dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1 dadurch gelöst, daß im Ausgangszweig jedes der beiden Schalttransistoren des Differenz verstärkers zwischen Kollektor und Versorgungsspannung als aktive Last ein Stromspiegel angeordnet ist, dessen bei leitendem Schalttransistor fließenden Ausgangsstrom so auf den Eingang des Schalttransistors zurückgeführt ist, daß dieser leitend bleibt und daß zum Umschalten der Kippschaltung die Basis-Emitter-Spannung des jeweils nichtleitenden Schalttransistors kurzzeitig so angehoben wird, daß dieser Transistor leitend wird.This task is integrated with a bistable Toggle switch according to the preamble of the patent claims 1 solved in that in the output branch each of the two switching transistors of the difference amplifier between collector and supply voltage as active load a current mirror is arranged, the at conductive switching transistor flowing output current so the input of the switching transistor is fed back that this remains conductive and that for switching the Toggle switch the base-emitter voltage of each non-conductive switching transistor briefly raised so will cause this transistor to become conductive.
Bei einer so ausgebildeten bistabilen Kippschaltung wird die Schaltgeschwindigkeit maßgeblich von der Trägheit des verwendeten Stromspiegels bestimmt und liegt - abhängig von den zur Herstellung der integrierten Schaltung angewendeten Prozeß - in der Größenordnung von 500 ns, z. B. bei 200 ns. Dieser Wert ist hinreichend groß, um die Erzeugung störender Oberwellen zu vermeiden.With a bistable multivibrator designed in this way the switching speed largely depends on the inertia of the current level used determines and lies - depending of those used to manufacture the integrated circuit applied process - in the order of 500 ns, e.g. B. at 200 ns. This value is sufficiently large for the To avoid generating disturbing harmonics.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further refinements of the invention result from the Subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are as follows explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It demonstrate:
Fig. 1 eine Kippschaltung in schematischer, beide Ansteuerungsmöglichkeiten zeigender Darstellung, Fig. 1 is a flip-flop in schematic, both control options pointing representation,
Fig. 2 eine praktische Ausführungsform der Kippschaltung. Fig. 2 shows a practical embodiment of the flip-flop.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungs gemäß ausgebildete bistabile Kippschaltung mit zwei über die Stromquelle SG emittergekoppelte NPN-Transistoren T1 und T2. Die Basiselektroden dieser beiden Transistoren T1 und T2 sind über Widerstände R1 und R2 an ein festes Potential UR gelegt. Im vom Betriebspotential +V zur Kollektorelektrode jedes der beiden Schalttransistoren T1 und T2 führenden Verbindungen liegt die Emitter-Basis- Strecke eines als Stromspiegel wirkenden PNP-Transistors T3 bzw. T4 mit zwei Kollektoren, von denen einer zur Bildung einer Diode mit der Basis dieses Transistors verbunden ist. Die jeweils zweite Kollektorelektrode dieser Transistoren T3 und T4 ist mit der Basis des Schalttransistors T1 bzw. T2 verbunden, in dessen Kollektorleitung dieser Transistor liegt. Fig. 1 shows a schematic representation of an inventive bistable multivibrator with two NPN transistors T 1 and T 2 emitter-coupled via the current source SG. The base electrodes of these two transistors T 1 and T 2 are connected to a fixed potential U R via resistors R 1 and R 2 . In the connections leading from the operating potential + V to the collector electrode of each of the two switching transistors T 1 and T 2, there is the emitter-base path of a PNP transistor T 3 and T 4 acting as a current mirror with two collectors, one of which is used to form a diode the base of this transistor is connected. The respective second collector electrode of these transistors T 3 and T 4 is connected to the base of the switching transistor T 1 and T 2 , in the collector line of which this transistor is located.
Mit der Basis jedes der beiden Schalttransistoren T1 und T2 ist jeweils die Basis eines NPN-Transistors T5 bzw. T6 verbunden, der zusammen mit einer Stromquelle S3 bzw. S4 einen Emitterfolger bildet, über den das Ausgangssignal der Kippschaltung, d. h. das Potential an den Basis elektroden der Schalttransistoren T1 und T2 an die Punkte H und L ausgekoppelt wird.The base of each of the two switching transistors T 1 and T 2 is connected to the base of an NPN transistor T 5 or T 6 , which together with a current source S 3 or S 4 forms an emitter follower, via which the output signal of the trigger circuit, ie the potential at the base electrodes of the switching transistors T 1 and T 2 is coupled out at points H and L.
Um die bistabile Kippschaltung anzusteuern, ist für jeden der beiden Zweige der Schaltung, d. h. dem linken Schalt transistor T1 bzw. dem rechten Schalttransistor T2, eine schaltbare Stromquelle S1 bzw. S2 vorgesehen. Diese schaltbare Stromquelle kann entweder, wie dies die Stromquelle S1 im linken Teil der Schaltung zeigt, zwischen der Versorgungsspannung und der Basiselektrode des Schalttransistors T1, oder wie dies die Stromquelle S2 im rechten Teil der Schaltung zeigt, zwischen der Kollektorelektrode des rechten Schalttransistors T₂ und Massepotential eingeschaltet sein.In order to control the bistable multivibrator, a switchable current source S 1 or S 2 is provided for each of the two branches of the circuit, ie the left switching transistor T 1 and the right switching transistor T 2 . This switchable current source can either, as the current source S 1 in the left part of the circuit shows, between the supply voltage and the base electrode of the switching transistor T 1 , or as the current source S 2 in the right part of the circuit shows, between the collector electrode of the right switching transistor T₂ and ground potential must be switched on.
Die Arbeitsweise dieser Schaltung ist nun wie folgt: Es sei angenommen, daß der Schalttransistor T2 leitend ist, dann fließt der durch die im gemeinsamen Emitterzweig der beiden Schalttransistoren T1 und T2 liegenden Stromquelle SG vorgegebene Strom IG durch den Schalttransistor T2 und damit auch durch den Stromspiegel transistor T4. Dieser Strom I2=IG wird durch den Transistor T4 etwa im Verhältnis 1 : 1 gespiegelt, d. h. fließt als I2′ ≈ I2 in der Kollektorleitung des Stromspiegeltransistors T4 und hebt damit, bedingt durch den Spannungsabfall an Widerstand R2, das Basispotential des rechten Schalttransistors T2 an.The operation of this circuit is now as follows: It is assumed that the switching transistor T 2 is conductive, then the current I G given by the current source S G in the common emitter branch of the two switching transistors T 1 and T 2 flows through the switching transistor T 2 and thus also through the current mirror transistor T 4 . This current I 2 = I G through the transistor T 4 is about 1: mirrored 1, that flows as I 2 '≈ I 2 in the collector line of the current mirror transistor T 4 and raises it, due to the voltage drop across resistor R 2, the base potential of the right switching transistor T 2 .
Der linke Schalttransistor T1 ist stromlos, so daß auch in der Kollektorleitung des linken Stromspiegeltransistors T3 kein Strom I′1 fließt.The left switching transistor T 1 is currentless, so that no current I ' 1 flows in the collector line of the left current mirror transistor T 3 .
Um die Kippschaltung nun umzuschalten, wird nach Zuführen eines Taktsignals T die Stromquelle S1 eingeschaltet und damit das Potential an der Basis des linken Schalt transistors T1 von dem vorgegebenen Potential UR auf ein Potential angehoben wird, das so hoch über dem Potential der Basis des Schalttransistors T2 liegt, daß der Schalttransistor T1 stromführend wird.In order to switch the flip-flop now, the current source S 1 is switched on after supplying a clock signal T and the potential at the base of the left switching transistor T 1 is raised from the predetermined potential U R to a potential which is so high above the potential of the base of the switching transistor T 2 is that the switching transistor T 1 is live.
Da die Konstantstromquelle SG in der gemeinsamen Emitterleitung der Schalttransistoren T1 und T2 liegt, was bedeutet, daß die Summe der Emitterströme jeder Transistoren konstant bleibt, wird gleichzeitig der Schalttransistor T2 stromlos. Damit verschwindet auch der gespiegelte Strom I′2 und das Potential der Basis dieses Transistors sinkt wieder auf den vorgegebenen Wert UR.Since the constant current source S G is in the common emitter line of the switching transistors T 1 and T 2 , which means that the sum of the emitter currents of each transistor remains constant, the switching transistor T 2 is de-energized at the same time. So that the mirrored current I ' 2 disappears and the potential of the base of this transistor drops again to the predetermined value U R.
Der durch den linken Schalttransistor T1 fließende Strom I1 wird dagegen als Strom I′1 in der Kollektor leitung des Stromspiegeltransistors T3 gespiegelt und hebt bedingt durch den Spannungsabfall am Widerstand R1 das Potential des Schalttransistors T1 an, so daß dieser Schaltzustand (T1 ist stromführend) erhalten bleibt, auch wenn die Stromquelle S1 wieder abgeschaltet ist, d. h. daß das Taktsignal T den Schalter nicht mehr betätigt.The current flowing through the left switching transistor T1 current I 1 is the other hand, as a current I 1 'in the collector of current mirror transistor T3 line mirrored and raises due to the voltage drop across resistor R 1 of the potential of the switching transistor T 1, so that this switching state ( T 1 is live) is retained, even if the current source S 1 is switched off again, ie that the clock signal T no longer actuates the switch.
Zum erneuten Umschalten der Kippschaltung schaltet ein gegenphasiges Taktsignal T dazu die Stromquelle S2 in der rechten Hälfte der Kippschaltung ein. Diese Stromquelle kann ebenfalls, so wie im linken Teil der Schaltung gezeigt, geschaltet sein, oder so, wie dies im rechten Teil der Schaltung dargestellt ist, zwischen dem Kollektor des Schalttransistors T2 und Bezugspotential, d. h. Masse, liegen. Wird diese Stromquelle eingeschaltet, so wird der Stromspiegeltransistor T4 leitend gemacht und damit das Potential der Basis des Schalttransistors T2 auf so einen Wert angehoben, daß dieser Transistor leitend gemacht wird. Damit fließt wieder der Strom I2 durch den Stromspiegeltransistor T4 und der gespiegelte Strom I′2 hebt bedingt durch den Spannungsabfall am Widerstand R2 das Potential der Basis des Schalttransistors T2 auch dann noch an, wenn die Stromquelle S2 wieder abgeschaltet ist.To switch the flip-flop again, an antiphase clock signal T switches on the current source S 2 in the right half of the flip-flop. This current source can also be connected as shown in the left part of the circuit, or as shown in the right part of the circuit, between the collector of the switching transistor T 2 and the reference potential, ie ground. If this current source is switched on, the current mirror transistor T 4 is made conductive and the potential of the base of the switching transistor T 2 is raised to a value such that this transistor is made conductive. Thus again the current I 2 flows through the current mirror transistor T 4 and the mirrored current I ' 2 raises the potential of the base of the switching transistor T 2 due to the voltage drop across the resistor R 2 even when the current source S 2 is switched off again.
Der oben angenommene Ausgangszustand ist damit wieder hergestellt.The initial state assumed above is now again produced.
Die Geschwindigkeit des Umschaltens zwischen den Schalttransistoren T1 und T2 wird maßgeblich von der Trägheit der verwendeten Stromspiegel - die vorzugsweise als laterale PNP-Transistoren ausgebildet sind - bestimmt und beträgt 200 ns. Dieser Wert ist hinreichend groß, um bei der Anwendung der Kippschaltung in Fernsehempfangs schaltungen Störungen durch Oberwellen zu vermeiden. The speed of the switching between the switching transistors T 1 and T 2 is largely determined by the inertia of the current mirror used - which are preferably designed as lateral PNP transistors - and is 200 ns. This value is sufficiently large to avoid interference from harmonics when using the flip-flop in television reception circuits.
Die Fig. 2 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 schematisch dargestellten integrierten bipolaren Kippschaltung, bei der die Ansteuerung auf die in der rechten Hälfte der Schaltung nach Fig. 1 gezeigte Art und Weise, d. h. mit einer geschalteten Stromquelle zwischen dem Kollektor des Schalttransistors und Bezugspotential, d. h. Masse, erfolgt. FIG. 2 shows a practical embodiment of the integrated bipolar multivibrator shown schematically in FIG. 1, in which the control is carried out in the manner shown in the right half of the circuit according to FIG. 1, ie with a switched current source between the collector of the switching transistor and reference potential, ie ground.
Übereinstimmende Schaltungselemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet.Corresponding circuit elements are denoted by the same reference symbols as in FIG. 1.
Die in dieser Schaltung verwendeten Stromquellen werden durch die Transistoren T8 bis T9 und T15 bis T17 in Verbindung mit dem Transistor T18 gebildet. Der in der Kollektorleitung des Transistors T18 liegende Wider stand R3 bestimmt dabei den Referenzstrom. Die Stromüber setzungsverhältnisse, die die Größen der einzelnen Quellenströme bestimmen, sind dabei durch die Emitter/ Basis-Flächenverhältnisse der einzelnen Stromquellen transistoren T7 bis T9 und T15 bis T17 in bezug auf den Transistor T18 bestimmt.The current sources used in this circuit are formed by transistors T 8 to T 9 and T 15 to T 17 in connection with transistor T 18 . The lying in the collector line of transistor T 18 was against R 3 determines the reference current. The current transfer ratios, which determine the sizes of the individual source currents, are determined by the emitter / base area ratios of the individual current source transistors T 7 to T 9 and T 15 to T 17 in relation to the transistor T 18 .
Das Bezugspotential UR, durch dessen Höhe die Schalt punkte der Kippschaltung mitbestimmt werden, wird an den durch den Widerstand R7 und den Transistor T19 gebildeten Emitterfolger abgegriffen.The reference potential U R , by the level of which the switching points of the flip-flop are also determined, is tapped at the emitter follower formed by the resistor R 7 and the transistor T 19 .
Die eigentliche, aus den Schalttransistoren T1 und T2 und den Stromspiegeltransistoren T3 und T4 bestehende Kipp schaltung hat den anhand der Fig. 1 beschriebenen Aufbau. Die geschalteten Stromquellen zum Umschalten der Kipp schaltung, die - wie oben gesagt - zwischen den Kollek toren der Schalttransistoren T1, T2 und Bezugspotential eingeschaltet sind, werden durch zwei Differenzverstär ker T10, T11 und T13, T14 mit einer Konstantstrom quelle T15 bzw. T16 in der gemeinsamen Emitterleitung gebildet. The actual, consisting of the switching transistors T 1 and T 2 and the current mirror transistors T 3 and T 4 flip-flop has the structure described with reference to FIG . The switched current sources for switching the flip-flop, which - as mentioned above - between the collectors of the switching transistors T 1 , T 2 and reference potential are switched on by two differential amplifiers T 10 , T 11 and T 13 , T 14 with a constant current source T 15 and T 16 formed in the common emitter line.
Jeweils eine Seite dieser Differenzverstärker, d. h. die Transistoren T10 und T14 bilden die Schalter, welche die durch die Transistoren T15 und T16 gebildeten Stromquellen ein- und ausschalten.One side of each of these differential amplifiers, that is to say the transistors T 10 and T 14, form the switches which switch the current sources formed by the transistors T 15 and T 16 on and off.
Die Basiselektroden der jeweils linken Transistoren T10 und T13 dieser Differenzverstärker sind über einen aus den Widerständen R4 bis R6 bestehenden Spannungsteiler an ein festes Potential gelegt, während der jeweils rechten Transistoren T11 und T14 über einen, zusammen mit einem Stromquellentransistor T₁₇ einen Emitterfolger bildenden Transistor T12 das Taktsignal T′ zugeführt wird.The base electrodes of the left transistors T 10 and T 13 of these differential amplifiers are connected to a fixed potential via a voltage divider consisting of the resistors R 4 to R 6 , while the respective right transistors T 11 and T 14 have one, together with a current source transistor T 1 an emitter follower forming transistor T 12, the clock signal T 'is supplied.
Dabei ist jeweils einer der beiden Transistoren T10 und T14 leitend, d. h. die Stromquelle T15 bzw. T16 einge schaltet und damit auf die oben beschriebene Art und Weise der Schalttransistor T1 bzw. T2 leitend.One of the two transistors T 10 and T 14 is conductive, ie the current source T 15 or T 16 is switched on and thus the switching transistor T 1 or T 2 is conductive in the manner described above.
Die Auskopplung der Schaltzustände der Kippschaltung, d. h. der Potentiale an den Basiselektroden der Schalt transistoren, erfolgt wie in der Schaltung nach der Fig. 1 über die durch die Transistoren T5 und T6 zusammen mit den Stromquellentransistoren T8 und T9 gebildeten Emitter folger an die Punkte H und L.The decoupling of the switching states of the flip-flop, ie the potentials at the base electrodes of the switching transistors, is carried out as in the circuit according to FIG. 1 via the emitters formed by the transistors T 5 and T 6 together with the current source transistors T 8 and T 9 points H and L.
Die einzelnen Funktionselemente der hier beschriebenen Schaltungen lassen sich durch äquivalente Mittel ersetzen, so können insbesondere die Stromquellen und die Strom spiegel als solche schaltungstechnisch anders ausgebildet sein. Auch die Leitungstypen der verwendeten Transistoren können - im Rahmen der für die Darstellung der integrierten Schaltung verwendeten Technologie - jeweils entgegengesetzt gewählt werden.The individual functional elements of those described here Circuits can be replaced by equivalent means so in particular the power sources and the electricity As such, mirrors have a different circuit design be. Also the line types of the transistors used can - as part of the for the representation of the integrated circuit technology used - each be chosen opposite.
Claims (5)
daß im Ausgangszweig jedes der beiden Schalttransistoren (T1, T2) des Differenzverstärkers zwischen Kollektor und Versorgungsspannung (+V) als aktive Last ein Stromspiegel (T3, T4) angeordnet ist, dessen bei leitendem Schalttransistor fließenden Ausgangsstrom so auf den Eingang des Schalttransistors (T1, T2) zurückgeführt ist, daß dieser leitend bleibt,
und daß zum Umschalten der Kippschaltung die Basis- Emitter-Spannung des jeweils nichtleitenden Schalttransistors (T1 bzw. T2) kurzzeitig so angehoben wird, daß dieser Transistor leitend wird.1. Integrated bistable multivibrator with a differential amplifier consisting of two emitter-coupled NPN transistors acting as switches, which are alternately controlled into the conductive state by supplied current pulses, characterized in that
that in the output branch of each of the two switching transistors (T 1 , T 2 ) of the differential amplifier between the collector and supply voltage (+ V) as an active load, a current mirror (T 3 , T 4 ) is arranged, the output current of which flows when the switching transistor is conductive, thus at the input of the Switching transistor (T 1 , T 2 ) is fed back, that this remains conductive,
and that to switch the flip-flop, the base-emitter voltage of the respective non-conductive switching transistor (T 1 or T 2 ) is raised briefly so that this transistor becomes conductive.
daß jeder Stromspiegel durch einen PNP-Transistor (T3, T4) mit zwei Kollektoren gebildet wird, von denen einer zur Bildung einer Diode mit der Basis verbunden ist,
daß die Emitter-Basis-Strecke des Transistors in der Kollektorleitung des zugehörigen Schalttransistors (T1, T2) liegt und
daß der zweite Kollektor jedes Stromspiegel- Transistors (T3, T4) mit der Basis des zugehörigen Schalttransistors verbunden ist. 2. Toggle switch according to claim 1, characterized in
that each current mirror is formed by a PNP transistor (T 3 , T 4 ) with two collectors, one of which is connected to the base to form a diode,
that the emitter-base path of the transistor lies in the collector line of the associated switching transistor (T 1 , T 2 ) and
that the second collector of each current mirror transistor (T 3 , T 4 ) is connected to the base of the associated switching transistor.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19893935452 DE3935452A1 (en) | 1989-10-25 | 1989-10-25 | Integrated, bistable flip=flop with differential amplifier - has current mirror in output branch of each amplifier switching transistor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6937072B1 (en) | 1999-08-25 | 2005-08-30 | Infineon Technologies Ag | Driver circuit and method for operating a driver circuit |
-
1989
- 1989-10-25 DE DE19893935452 patent/DE3935452A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6937072B1 (en) | 1999-08-25 | 2005-08-30 | Infineon Technologies Ag | Driver circuit and method for operating a driver circuit |
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