DE60007218T2 - Flip-flop-schaltkreis - Google Patents

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    • B82NANOTECHNOLOGY
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    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
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    • H03K3/315Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of semiconductor devices with two electrodes, one or two potential barriers, and exhibiting a negative resistance characteristic the devices being tunnel diodes
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flip-Flop-Schaltkreis und insbesondere den Flip-Flop-Schaltkreis, der in eine Halbleiter-Speichervorrichtung oder in eine Art von integrierter Halbleiter-Schaltkreisvorrichtung (IC) oder dergleichen eingebaut ist.
  • 2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Von Akeyoshi et al wurde ein derartiger Flip-Flop-Schaltkreis vorgeschlagen, der eine kleinere Anzahl an Bauelementen aufweist, indem er sich der Funktionalität eines negativen differentiellen Widerstandselements bedient. Diese Art von Flip-Flop-Schaltkreis ist in der japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung Nr. Hei-9-162705 beschrieben.
  • Die Konfiguration und der Betrieb dieses Flip-Flop-Schaltkreises des Standes der Technik sind kurz mit Bezug auf 5 be schrieben. 5 zeigt das Schaltkreisdiagramm eines herkömmlichen D-Flip-Flop-Schaltkreises. Dieser Schaltkreis des Standes der Technik schließt negative differentielle Widerstandselemente 2, 12, 18 und 19 ein, die einen Anschluss zur Steuerung eines Elementenstromwerts aufweisen, weiter andere negative differentielle Widerstandselemente 1 und 13, sowie Reihenschaltkreise 8, 16 und 20, die aus Paaren von negativen differentiellen Widerstandselementen 1 und 2, 12 und 13 bzw. 18 und 19 bestehen.
  • Die Anschlüsse SSl, SS2 und SS6 sind geerdet, während die Stromversorgungsanschlüsse DD1 und DD2 der Reihenschaltungen 8 bzw. 16 mit einer Schwingungsspannung versorgt werden, die mit einem Taktsignal CLK synchronisiert ist. Ein Stromversorgunsanschluss DD6 der Reihenschaltung 20 wird andererseits mit einer Konstantspannung versorgt. An einen Steueranschluss der negativen differentiellen Widerstandselemente 2 und 12 wird ein Eingangssignal angelegt, so dass ein Ausgangssignal dieses Schaltkreises als Ganzes an einen Ausgangsanschluss OUT5 der Reihenschaltung 20 geliefert wird.
  • Die 6A, 6B und 6C zeigen Belastungskurven oder -kennlinien, die den Betrieb oder Funktionen der Reihenschaltung 8 anzeigen. Hierbei werden die negativen differentiellen Widerstandselemente 1 und 2 so eingestellt, dass sie derartige Eigenschaften besitzen, dass, wenn das Eingangssignal einen hohen Pegel (nachfolgend mit HIGH abgekürzt) aufweist, das negative differentielle Widerstandselement 2, dessen Spitzenstrom mit einem Eingangssignalpegel gesteuert werden kann, einen größeren Spitzenstrom als das negative differentielle Widerstandselement 1 aufweisen kann, und sobald das Eingangssignal einen niedrigen Pegel aufweist (nachfolgend mit LOW abgekürzt), kann das negative differentielle Widerstandselement 2 andererseits einen kleineren Spitzenwert als den des negativen differentiellen Widerstandselements 1 aufweisen.
  • Auf diese Weise bleibt, wenn das Taktsignal CLK den niedrigen Pegel LOW aufweist, eine Spannung eines Ausgangsanschlusses OUT1 auf dem niedrigen Pegel LOW, unabhängig davon, welchen Pegel die Eingangsspannung gemäß 6A aufweist. Wenn das Taktsignal CLK den hohen Pegel HIGH annimmt, steigt eine Spannung am Anschluss DD1 an, um eine Belastungskurve oder -kennlinie zu schaffen, die in 6B oder auch 6C gezeigt ist, so dass die Spannung am Ausgangsanschluss OUTl einen LOW-HIGH bistabilen Zustand annehmen kann. Wenn das Eingangssignal den hohen Pegel HIGH aufweist und das negative differentielle Widerstandselement 2 einen größeren Spitzenstrom als das negative Widerstandselement 1 wie in 6B gezeigt aufweist, nimmt der Ausgangsanschluss OUTl einen niedrigen Pegel LOW an, und wenn das Eingangssignal den niedrigen Pegel LOW aufweist, so nimmt der Ausgangsanschluss OUT1 andererseits den hohen Pegel HIGH an, wie es in 6C dargestellt ist. Ist der Zustand eines Spannungspegels des Ausgangsanschlusses OUT1 einmal bestimmt, so wird dieser Zustand so lange beibehalten, wie das Taktsignal CLK auf dem hohen Pegel HIGH bleibt, sogar dann, wenn sich der Pegel des Eingangssignals verändert. Dies bedeutet, dass ein invertierter Wert des Eingangssignals an einer Vorderflanke des Taktsignals CLK am Ausgangsanschluss OUT1 auftritt.
  • Für die Reihenschaltung 16 werden die negativen differentiellen Widerstandselemente 12 und 13 andererseits so eingestellt, dass sie derartige Eigenschaften aufweisen, dass, wenn das Eingangssignal den hohen Pegel HIGH aufweist, das negative differentielle Widerstandselement 12 einen höheren Spitzenstrom als den des negativen differentiellen Widerstandselements 13 aufweisen kann, und wenn das Eingangssignal den niedrigen Pegel LOW aufweist, einen niedrigere Spitzenwert haben kann; auf diese Weise wird an der Vorderflanke des Taktsignals CLK ein Signal mit der selben Phase wie das Eingangssignal am Ausgangsanschluss OUT2 ausgegeben und wird gehalten, bis der Pegel des Taktsignals CLK vollständig ansteigt.
  • Die 7A, 7B und 7C zeigen Belastungskurven oder -kennlinien der Reihenschaltung 20. Der Reihenschaltkreis 20 wird von einer Stromversorgung angetrieben, welche eine Konstantspannung liefert. Wie in 7A gezeigt führt, wenn beide Steueranschlüsse Y1 und Y2 der negativen differentiellen Widerstandselemente 18 bwz. 19 den niedrigen Pegel LOW aufweisen, eine Spannung des Ausgangsanschlusses OUT5 einen bistabilen Zwischenspeicherungsvorgang aus. Falls in diesem Fall nur die Spannung des Steueranschlusses Y1 des negativen differentiellen Widerstandselements 18 den hohen Pegel HIGH annimmt, wie es in 7B gezeigt ist, nimmt die Ausgangsspannung ebenfalls den hohen Pegel HIGH an, und sogar dann, wenn der Steueranschluss Y1 anschließend auf den niedrigen Pegel LOW zurückgeht, behält der Ausgang den hohen Pegel HIGH bei. Wenn die Spannung des Steueranschlusses Y2 des negativen differentiellen Widerstandselement 19 erst einmal den hohen Pegel HIGH annimmt, wie es in 7C gezeigt ist, nimmt die Ausgangsspannung den niedrigen Pegel LOW an, und auch wenn der Steueranschluss Y2 anschließend zurück auf den niedrigen Pegel LOW geht, bleibt die Ausgangsspannung auf dem niedrigen Pegel LOW.
  • Wie in 5 gezeigt, ist der Ausgangsanschluss OUT1 im Reihenschaltkreis 8 an den Steueranschluss Y2 des negativen differentiellen Widerstandselements 19 in der Reihenschaltung 20 angeschlossen, wohingegen der Ausgangsanschluss OUT2 im Reihenschaltkreis 8 mit dem Steueranschluss Y1 des negativen differentiellen Widerstandselements 18 in der Reihenschaltung 20 verbunden ist. Sobald die Eingangsspannung den hohen Pegel HIGH an der Vorderflanke des Taktsignals CLK aufweist, nimmt der Ausgang der Reihenschaltung 16 den hohen Pegel HIGH an und die Reihenschaltung 8 nimmt den niedrigen Pegel LOW an, so dass der Ausgangsanschluss OUT1 der Reihenschaltung 20 den hohen Pegel HIGH annimmt. Sogar in dem Fall, dass das Eingangssignal seinen Pegel verändert, wenn das Taktsignal CLK den hohen Pegel HIGH aufweist, bleiben die Zustände der Ausgangsanschlüsse OUT1 und OUT2 beide unverändert, wodurch die Ausgangsspannung auf dem Pegel gehalten wird, auf dem sie gerade ist.
  • Des Weiteren hält, sogar wenn die Spannung des Taktsignals CLK fällt und somit die Ausgangsanschlüsse OUT1 und OUT2 einen niedrigen Pegel LOW annehmen, die Reihenschaltung 20 die Ausgangsspannung unverändert auf dem Pegel, auf dem sie ist. Ähnlich geht, wenn das Eingangssignal auf dem niedrigen Pegel LOW gehalten wird, sobald die Spannung des Taktsignals CLK steigt, der Pegel des Ausgangsanschlusses OUT5 auf den niedrigen Pegel Low und bleibt dort unverändert, bis das Taktsignal CLK das nächste Mal steigt. Dies bedeutet, dass der Schaltkreis als D-Flip-Flop wirkt, der an einer positiv verlaufende Flanke ausgelöst wird.
  • Falls in diesem Schaltkreis eine Resonanz-Tunneldiode als negative differentielle Widerstandselemente 1 und 13 eingesetzt wird, und ein parallel geschaltetes Element bestehend aus der Resonanz-Tunneldiode und einem Feldeffekttransistor (FET) als die negativen differentiellen Widerstandselemente 2, 12, 18 und 19 eingesetzt werden, deren Anschluss zur Steuerung des Elementenstromwerts vorgesehen ist, kann die Anzahl der erforderlichen Elemente auf zehn reduziert werden, wodurch eine bemerkenswerte Reduzierung im Vergleich zu einem Schaltkreis, der nur FET-Transistoren aufweist, geschaffen wird.
  • Auf diese Weise kann im Beispiel des Standes der Technik unter Verwendung der Funktionalität der negativen differentiellen Widerstandselemente die Anzahl der erforderlichen Elemente im Vergleich zu dem Fall erheblich reduziert werden, bei dem nur Transistoren zur Bildung des Schaltkreises verwendet werden. Halbleiter-Speichervorrichtungen und integrierte Schaltungsvorrichtungen werden neuerdings mit einer sogar noch größeren Integrationsdichte und einem sogar noch größeren Integrationsgrad benötigt. Dadurch ist es notwendig, die Anzahl der erforderlichen Bauelemente und die Fläche des Flip-Flop-Schaltkrei ses zu reduzieren, der in großer Stückzahl in einer derartigen Halbleiter-Speichervorrichtung und integrierten Schaltkreisvorrichtung eingebaut ist. Es ist zudem wünschenswert, den Stromverbrauch so gering wie möglich zu halten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Angesichts des vorstehend Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flip-Flop-Schaltkreis zu schaffen, der eine Reduzierung sowohl der Anzahl der Bauelemente als auch der Fläche der Schaltkreisanordnung bewirken kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Flip-Flop-Schaltkreis bereitzustellen, der den Stromverbrauch senken kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Flip-Flop-Schaltkreis vorgesehen, der Folgendes aufweist:
    eine Reihenschaltung mit einem ersten negativen differentiellen Widerstandselement sowie einem zweiten negativen differentiellen Widerstandselement in einer derartigen Anordnung, dass ein Ende des ersten negativen differentiellen Widerstandselements und ein Ende des zweiten negativen differentiellen Widerstandselements an einem gemeinsamen Reihenschaltungs-Verbindungspunkt miteinander verbunden sind, dass das zweite negative differentielle Widerstandselement einen Steueranschluss aufweist, der zur Steuerung eines Werts eines Elementstroms in der Lage ist, und dass der Reihenschaltungs-Verbindungspunkt als Ausgangsanschluss arbeitet;
    einen Schwingungsspannungs-Versorgungsschaltkreis zum Liefern einer Schwingungsspannung, die mit einem Taktsignal als Betriebsenergieversorgung für die Reihenschaltung synchronisiert ist;
    einen Zwischenspeicherschaltkreis;
    ein Transfergatter, das zwischen einem Ausgangsanschluss der Reihenschaltung und dem Zwischenspeicherschaltkreis angeordnet ist, und das ebenfalls durch das Taktsignal ein- und ausgeschaltet wird; und
    einen Inverterschaltkreis, der mit dem Zwischenspeicherschaltkreis verbunden ist;
    wobei ein Eingangssignal an den Steueranschluss des zweiten negativen differentiellen Widerstandselement angelegt wird, während ein Ausgang des Inverterschaltkreises als Ausgangssignal vorgesehen ist.
  • In dem zuvor beschriebenen ersten Aspekt handelt es sich bei einem bevorzugten Modus um einen, bei dem der Zwischenspeicherschaltkreis ein drittes negatives differentielles Widerstandselement sowie ein viertes negatives differentielles Widerstandselement aufweist, die zwischen einer Bezugsspannung und einer Stromversorgungsspannung in Reihe geschaltet sind.
  • Darüber hinaus ist ein bevorzugter Modus einer, bei dem das erste negative differentielle Widerstandselement eine Resonanz-Tunneldiode ist.
  • Ferner ist ein bevorzugter Modus einer, bei dem das zweite negative differentielle Widerstandselement ein parallel geschaltetes Element ist, das sich aus einer Resonanz-Tunneldiode und einem FET-Bauelement zusammensetzt.
  • Des Weiteren ist ein bevorzugter Modus einer, bei dem der Schwingungsspannungs-Versorgungsschaltkreis so angepasst ist, dass er das Taktsignal direkt an einen Stromversorgungsanschluss der Reihenschaltung als dessen Betriebsstromversorgung liefert.
  • Weiter ist ein bevorzugter Modus einer, bei dem der Schwingungsspannungs-Versorgungsschaltkreis so ausgelegt ist, dass er eine Betriebsstromversorgung für die erste oder zweite Reihenschaltung über ein FET-Element liefert, das in Synchronisation mit dem Taktsignal ein- und ausgeschaltet wird.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Flip-Flop-Schaltkreis vorgesehen, der Folgendes aufweist:
    eine Reihenschaltung, die ein erstes negatives differentielles Widerstandselement sowie ein zweites differentielles Widerstandselement in einer derartigen Anordnung aufweist, dass ein Ende des ersten negativen differentiellen Widerstandselements und ein Ende des zweiten negativen differentiellen Widerstandselements an einem gemeinsamen Reihenschaltungs-Verbin- dungspunkt miteinander verbunden sind, dass zumindest das erste negative differentielle Widerstandselement einen Steueranschluss aufweist, der zur Steuerung eines Werts eines Ele- mentstroms fähig ist, und dass der gemeinsame Reihenschaltungs-Verbindungspunkt als Ausgangsanschluss arbeitet;
    einen Schwingungsspannungs-Versorgungsschaltkreis zum Liefern einer Schwingungsspannung, die mit einem Taktsignal als Betriebsenergieversorgung für die Reihenschaltung synchronisiert ist;
    einen Zwischenspeicherschaltkreis;
    ein Transfergatter, das zwischen einem Ausgangsanschluss der Reihenschaltung und dem Zwischenspeicherschaltkreis angeordnet ist, und das ebenfalls durch das Taktsignal ein- und ausgeschaltet wird; und
    einen Pufferschaltkreis, der mit dem Zwischenspeicherschalt- kreis verbunden ist;
    wobei ein Eingangssignal an den Steueranschluss des ersten negativen differentiellen Widerstandselements angelegt wird und ein Ausgang des Pufferschaltkreises als Ausgangssignal vorgesehen ist.
  • Ein bevorzugter Modus ist einer, bei dem der Zwischenspeicherschaltkreis ein drittes negatives differentielles Widerstandselement sowie ein viertes negatives differentielles Widerstandselement aufweist, die zwischen einer Referenzspannung und einer Stromversorgungsspannung in Reihe geschaltet sind.
  • Weiter ist ein bevorzugter Modus einer, bei dem das zweite negative differentielle Widerstandselement eine Resonanz-Tunneldiode ist.
  • Des Weiteren ist ein bevorzugter Modus einer, bei dem das erste negative differentielle Widerstandselement ein parallel geschaltetes Element ist, das aus einer Resonanz-Tunneldiode und einem FET-Element aufgebaut ist.
  • Darüber hinaus ist ein bevorzugter Modus der, dass der Schwingungsspannungs-Versorgungsschaltkreis so ausgelegt ist, dass er das Taktsignal direkt an einen Stromversorgungsanschluss der Reihenschaltung als deren Betriebsenergieversorgung liefert.
  • Auch ist ein bevorzugter Modus der, bei dem der Schwingungsspannungs-Versorgungsschaltkreis so ausgelegt ist, dass er eine Betriebsenergieversorgung für die Reihenschaltung über ein FET-Element liefert, das in Synchronisation mit dem Taktsignal ein- und ausgeschaltet wird.
  • Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es im Vergleich zu dem Beispiel des Standes der Technik möglich, die Anzahl der in dem Schaltkreis erforderlichen Bauelemente zu verringern und zudem die vom Schaltkreis benötigte Fläche um ungefähr 20% zu reduzieren. Aufgrund der Verringerung der Anzahl an Bauelementen kann zudem der Stromverbrauch gesenkt und die Verdrahtungs-Verzögerungszeit reduziert werden, wodurch ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb ermöglicht wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Schaltkreisdiagramm einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • 2 ein Schaubild, das den Betrieb eines Zwischenspeicherschaltkreises zeigt, der eine Ausführungsform von 1 bildet;
  • 3 ein Schaltkreisdiagramm einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • 4A und 4B Blockdiagramme, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Anlegen einer Schwingungsspannung in einem Schaltkreis gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigen;
  • 5 ein Schaltkreisdiagramm eines Beispiels des Standes der Technik;
  • 6A, 6B und 6C Schaubilder, welche den Betrieb des Beispiels des Standes der Technik und eine erfindungsgemäße Reihenschaltung zeigen; und
  • 7A, 7B und 7C Schaubilder, die den Betrieb der Reihenschaltung des Standes der Technik zeigen.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. In den 1 und 5 bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche Funktionen. In einem in 1 gezeigten Schaltkreis sind eine Reihenschaltung 8, ein Transfergatter 9, ein Zwischenspeicherschaltkreis 10 und ein Inverterschaltkreis 11 in dieser Reihenfolge zwischen einem Eingangsanschluss IN und einem Schaltkreis-Ausgangsanschluss OUTS verbunden.
  • Die Reihenschaltung 8 weist ein negatives differentielles Widerstandselement 1 und ein negatives differentielles Widerstandselement 2 auf, das einen Steueranschluss zum Steuern eines Werts eines Elementenstroms besitzt, wobei die beiden negativen differentiellen Widerstandselemente 1 und 2 in einer derartigen Konfiguration in Reihe geschaltet sind, dass ein Ende des negativen differentiellen Widerstandselements 1 mit einem Ausgangsanschluss OUT1 verbunden ist, bei dem es sich um einen Reihenschaltungsverbindungspunkt handelt, und das andere Ende des negativen differentiellen Widerstandselements 1 an einen Stromversorgungsanschluss DD1 angeschlossen ist. In dieser Konfiguration ist ein Ende des negativen differentiellen Widerstandselements 2 an den Ausgangsanschluss OUT1 angeschlossen, bei dem es sich um den Reihenschaltungsverbindungspunkt handelt, und ein anderes Ende an einen Masseanschluss SS1. Darüber hinaus wird der Steueranschluss des negativen differentiellen Widerstandselements 2 mit einem Eingangssignal für den Eingangsanschluss IN versorgt, während ein Taktsignal CLK an den Stromversorgungsanschluss DD1 angelegt wird.
  • Das Transfergatter 9 setzt sich aus einem FET-Element 3 zusammen, an dessen Steueranschluss das Taktsignal CLK angelegt wird.
  • Der Zwischenspeicherschaltkreis 10 weist negative differentielle Widerstandselemente 4 und 5 auf, die in einer derartigen Konfiguration, dass ein Ende des negativen differentiellen Widerstandselements 4 an einen Reihenschaltungs-Verbindungspunktanschluss X und ein anderes Ende an einen Stromversorgungsanschluss DD3 angeschlossen ist, in Reihe geschaltet sind. Zudem ist ein Ende des negativen differentiellen Widerstandselements 5 an den Reihenschaltungs-Verbindungspunktanschluss X und das andere Ende an einen Masseanschluss SS3 angeschlossen.
  • Der Inverterschaltkreis 11 schließt ein FET-Element 6 als ein Antriebsbauelement und ein negatives differentielles Widerstandselement 7 als Lastelement in einer derartigen Konfiguration ein, dass ein Ende des FET-Elements 6 an den Schaltkreis-Ausgangsanschluss OUT3 angeschlossen ist, und das andere Ende an einen Masseanschluss SS4. Des Weiteren ist ein Ende des negativen differentiellen Widerstandselements 7 an den Schaltkreis-Ausgangsanschluss OUT3 und das andere Ende an einen Stromversorgungsanschluss DD4 angeschlossen.
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der eine Resonanz-Tunneldiode als die negativen differentiellen Widerstandselemente 1, 4, 5 und 7 eingesetzt wird, und ein parallel geschaltetes Element, das sich aus einer Resonanz-Tunneldiode und einem FET zusammensetzt, wird als das negative differentielle Widerstandselement 2 verwendet, und ein FET von der N-Kanal-Art wird als ein FET-Element 3 eingesetzt, welches das Transfergatter 9 bildet, sowie als ein FET-Element 6.
  • Das Taktsignal CLK wird sowohl an den Stromversorgungsanschluss DD1 für die Reihenschaltung 8 als auch an einen Steueranschluss des FET-Elements 3 angelegt, das das Transfergatter 9 bildet. Wie in 6 gezeigt, wird an der Vorderflanke des Taktsignals CLK ein invertiertes Signal eines Eingangs am Ausgangsanschluss OUT1 ausgegeben. Sobald das Taktsignal CLK den hohen Pegel HIGH annimmt, öffnet sich das Transfergatter 9, um eine Spannung des Ausgangsanschlusses OUT1 an den Anschluss X des Zwischenspeicherschaltkreises 10 zu liefern. In diesem Fall kann, da ein Strompegel der negativen differentiellen Widerstandselemente 4 und 5 des Zwischenspeicherschaltkreises 10 ausreichend niedriger als der der Elemente der Reihenschaltung 8 und des Transfergatters 9 ist, die am Ausgangsanschluss OUT1 auftretende Spannung an den Anschluss X weitergeleitet werden, der von dem Zwischenspeicherschaltkreis 10 nicht beeinflusst wird, so lange das Transfergatter 9 geöffnet ist.
  • Die Spannung des Anschlusses X wird am Inverterschaltkreis 11 der letzten Stufe erneut invertiert, wodurch ein Signal an den Schaltkreis-Ausgangsanschluss OUT3 geliefert wird, das die selbe Phase wie das Eingangssignal aufweist. Wie anhand des Beispiels des Standes der Technik beschrieben worden ist, bleibt, wenn das Taktsignal CLK den hohen Pegel HIGH aufweist, die Spannung des Ausgangsanschlusses OUT1 unverändert, auch dann, wenn sich der Pegel des Eingangssignal verändert hat. Wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses OUT1 an den Anschluss X übertragen wird, wird das FET-Element 3, welches das Transfergatter 9 bildet, abgeschaltet.
  • Wenn der Pegel des Taktsignals CLK das nächste Mal ansteigt, nimmt der Ausgangsanschluss OUT1 den niedrigen Pegel LOW an, und gleichzeitig nimmt die Spannung des Steueranschlusses des Transfergatters 9 ebenfalls den niedrigen Pegel LOW an, so dass das FET-Element 3, welches das Transfergatter 9 bildet, in einem abgeschalteten Zustand verweilt und das Transfergatter 9 geschlossen bleibt. Aus diesem Grund wird die Spannung des Anschlusses X weiter vom Zwischenspeicherschaltkreis 10 gehalten, so dass der Ausgang des Inverterschaltkreises folglich seinen vorherigen Wert auch dann halten kann, wenn das Taktsignal CLK den niedrigen Pegel LOW annimmt, wodurch ein D-Flip-Flop-Schaltkreis, der an einer positiv verlaufender Flanke ausgelöst wird, in einem erfindungsgemäßen Schaltkreis gebildet werden kann. Die Schaltkreiskonfiguration der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine Bildung eines derartigen D-Flip-Flop-Schaltkreises mit nur acht Elementen, was weniger ist als beim Schaltkreis des Standes der Technik.
  • Der Zwischenspeicherschaltkreis 10 speichert die Spannung des Anschlusses X nur dann, wenn sich das das Tranfergatter 9 bildende FET-Element 3 in abgeschaltetem Zustand befindet, so dass der Eingang des Inverterschaltkreises 11 der letzten Stufe direkt durch den Ausgang aus der Reihenschaltung 8 betrieben wird, wenn das Tranfergatter 9 geöffnet ist. Aus diesem Grund wird die Betriebsgeschwindigkeit des Schaltkreises als Ganzes auch dann nicht beeinträchtigt, wenn der Strompegel der negativen differentiellen Widerstandselemente 4 und 5 des Zwischenspeicherschaltkreises 10 extrem reduziert wird, so lange sein Zwischenspeicherbetrieb sichergestellt ist.
  • 2 zeigt den Betrieb des Zwischenspeicherschaltkreises 10, wenn das Transfergatter 9 geschlossen ist. Wie gezeigt wird die Kennlinienkurve des negativen differentiellen Widerstandselements 5 von einem Leckstrom des Inverterschaltkreises der nächsten Stufe überlagert und von dem des FET-Elements 3, welches das Transfergatter 9 bildet. Um eine Zwischenspeicherung zu ermöglichen, muss eine Summe dieser Leckströme und ein Sperrstrom des negativen differentiellen Widerstandselements 5 lediglich kleiner als ein Spitzenstrom des negativen differentiellen Widerstandselements 4 sein. Mit anderen Worten kann der Strompegel der negativen differentiellen Widerstandselemente 4 und 5 auf den vorstehend genannten Leckstrompegel reduziert werden, wodurch der Stromverbrauch des Zwischenspeicherschaltkreises 10 extrem gesenkt wird.
  • In 3 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 5 die selben Funktionen in all diesen Figuren. In einem in 3 gezeigten Schaltkreis sind eine Reihenschaltung 16, das Transfergatter 9, der Zwischenspeicherschaltkreis 10 und ein Pufferschaltkreis 17 in dieser Reihenfolge zwischen dem Eingang IN und einem Schaltkreis-Ausgangsanschluss OUT4 angeschlossen. Auf eine Beschreibung der Bauteile, die denen der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform nach 1 entsprechen, wird hier verzichtet.
  • Die Reihenschaltung 16 weist negative differentielle Widerstandselemente 12 und 13 auf, die in Reihe in einer derartigen Konfiguration geschaltet sind, dass ein Ende des negativen differentiellen Widerstandselements 12 an einen Ausgangsanschluss OUT2 angeschlossen ist, bei dem es sich um einen Reihenschaltungsverbindungspunkt handelt, und ein anderes Ende ist an den Stromversorgungsanschluss DD2 angeschlossen. Darüber hinaus ist ein Ende des negativen differentiellen Widerstandselements 13 an den Ausgangsanschluss OUT2 angeschlossen, bei dem es sich um den Reihenschaltungsverbindungspunkt handelt, und ein anderes Ende ist an den Masseanschluss SS2 angeschlossen. Dem Steueranschluss des negativen differentiellen Widerstandselements 12 wird ein Eingangssignal an den Eingangsanschluss IN geliefert, während das Taktsignal CLK an den Stromversorgungsanschluss DD2 angelegt wird.
  • Der Pufferschaltkreis 17 weist ein FET-Element 14 als Antriebselement und ein Verarmungs-FET-Element 15 als Lastelement in einer derartigen Konfiguration auf, dass ein Ende des FET-Elements 14 an den Schaltkreis-Ausgangsanschluss OUT4 angeschlossen ist, und ein anderes Ende an einen Stromversorgungsanschluss DD5. Des Weiteren ist ein Ende des FET-Elements 15 an den Schaltkreis-Ausgangsanschluss OUT4 und das andere Ende an einen Masseanschluss SS5 angeschlossen.
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der eine Resonanz-Tunneldiode als die negativen differentiellen Widerstandselemente 13, 4 und 5 verwendet wird, ein parallel geschaltetes Element bestehend aus einer Resonanz-Tunneldiode und einem FET als das negative differentielle Widerstandselement 12 verwendet wird, und ein N-Kanal-FET als das FET-Element 3 eingesetzt wird, welches das Transfergatter 9 bildet, als das FET-Element 14 und als das FET-Element 15.
  • Das Taktsignal CLK wird an den Stromversorgungsanschluss DD2 der Reihenschaltung 16 und an den Steueranschluss des FET-Elements 3, welches das Transfergatter 9 bildet, angelegt. Wie es in Zusammenhang mit dem Beispiel des Standes der Technik beschrieben worden ist, wird an der Vorderflanke des Taktsignals CLK am Ausgangsanschluss OUT2 ein Signal ausgegeben, das die selbe Phase wie der Eingang aufweist. Wenn das Taktsignal CLK vollständig den hohen Pegel HIGH annimmt, wird das Transfergatter 9 geöffnet, wodurch die Spannung des Ausgangsanschlusses OUT2 an den Anschluss X des Zwischenspeicherschaltkreises 10 übertragen wird. In diesem Fall kann dadurch, dass der Strompegel der negativen differentiellen Widerstandselemente 4 und 5 des Zwischenspeicherschaltkreises 10 im Vergleich zum Strompegel der Elemente der Reihenschaltung 16 und des Tranfergatters 9 ausreichend weniger reduziert wird, der Spannungsausgang am Ausgangsanschluss OUT2 an den Anschluss X übertragen werden, wobei dieser nicht durch den Zwischenspeicherschaltkreis 10 beeinflusst wird, solange das Transfergatter 9 geöffnet ist.
  • Die Spannung am Anschluss X wird über den Pufferschaltkreis 17 der letzten Stufe ausgegeben. Wie es mit Hilfe des Beispiels des Standes der Technik beschrieben worden ist, wird, wenn das Taktsignal CLK den hohen Pegel HIGH aufweist, die Spannung des Ausgangsanschlusses OUT2 gehalten, auch dann, wenn sich der Eingang verändert hat. Wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses OUT2 an den Anschluss X übertragen wird, wird das FET-Element 3, welches das Transfergatter 9 bildet, abgeschaltet.
  • Wenn das Taktsignal CLK das nächste Mal ansteigt, nimmt die Spannung des Ausgangsanschlusses OUT2 den niedrigen Pegel LOW an, und gleichzeitig nimmt die Spannung des Steueranschlusses des Transfergatters 9 ebenfalls den niedrigen Pegel LOW an, so dass das FET-Element 3, welches das Transfergatter 9 bildet, im abgeschalteten Zustand verweilt, und das Transfergatter 9 bleibt geschlossen. Auf diese Weise wird die Spannung des Anschlusses X weiter durch den Zwischenspeicherschaltkreis 10 gehalten. Als Ergebnis kann der Ausgang des Pufferschaltkreises 17 seinen vorherigen Wert auch dann halten, wenn das Taktsignal CLK einen niedrigen Pegel LOW angenommen hat, wodurch ein D-Flip-Flop-Schaltkreis, der an einer positiv verlaufenden Flanke ausgelöst wird, auch in einem erfindungsgemäßen Schaltkreis gebildet wird.
  • Diese Schaltkreiskonfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ebenso wie die erste Ausführungsform im Vergleich zu dem Beispiel des Standes der Technik eine Anzahl der erforderlichen Elemente auf acht verringern. Ebenso wie im Falle der ersten Ausführungsform hält in der Schaltkreiskonfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Zwischenspeicherschaltkreis 10 ebenfalls die Spannung des Anschlusses X nur dann, wenn sich das das Transfergatter 9 bildende FET-Element 3 im abgeschalteten Zustand befindet, so dass der Eingang des Pufferschaltkreises 17 der letzten Stufe direkt durch den Ausgang der Reihenschaltung 16 angetrieben wird, wenn das Tranfergatter 9 geöffnet ist. Daher wird die Betriebsgeschwindigkeit des Schaltkreises als Ganzes auch dann nicht beeinträchtigt, wenn der Strompegel der negativen differentiellen Widerstandselemente 4 und 5 des Zwischenspeicherschaltkreises 10 extrem reduziert ist, sofern die Zwischenspeicherung sichergestellt ist. Auf diese Weise kann der Stromverbrauch des Zwischenspeicherschaltkreises 10 extrem gesenkt werden.
  • Obwohl in der ersten und zweiten erfindungsgemäßen Ausfüh rungsform zwei negative differentielle Widerstandselemente zur Bildung des Zwischenspeicherschaltkreises verwendet wurden, kann ein zusammengesetztes Element verwendet werden, das sich aus einem negativen differentiellen Widerstandselement und einem Widerstand zusammensetzt, um die selben Funktionen bereitzustellen.
  • Darüber hinaus ist es möglich, obwohl in den erfindungsgemäßen Ausführungsformen das Taktsignal direkt an die Reihenschaltung zum Antrieb der Reihenschaltungen 8, 16 mit einer mit dem Taktsignal synchronisierten Schwingungsspannung angelegt worden ist, FET-Elemente 21 und 22 auf den Ober- bzw. Unterseiten der Reihenschaltungen 8, 16 hinzuzufügen, wie es in den 4A und 4B gezeigt ist, so dass das Taktsignal an die Steuergatter der FET-Elemente 21 und 22 angelegt werden kann.
  • Des Weiteren kann, obwohl in der ersten und zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eine Resonanz-Tunneldiode und ein FET als die negativen differentiellen Widerstandselemente verwendet worden sind, jedes andere negative differentielle Widerstandselement, Zwischenband-Tunneldiode, anstelle dessen eingesetzt werden. Darüber hinaus kann als das negative differentielle Widerstandselement, das den Steueranschluss zur Steuerung des Stromwerts aufweist, beispielsweise ein Tunneltransistor von der Art verwendet werden, wie sie in der japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung Nr. Hei 05-41520 von Baba beschrieben ist.
  • Es ist daher offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern verändert und modifiziert werden kann, ohne vom Schutzumfang der Erfindung gemäß Definition in den anliegenden Ansprüchen abzuweichen.
  • Abschließend beansprucht die vorliegende Anmeldung die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 11-120987 vom 28. April 1999, auf welche hierbei vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Claims (12)

  1. Flip-Flop-Schaltkreis, der Folgendes aufweist: eine Reihenschaltung (8) mit einem ersten negativen differentiellen Widerstandselement (1) sowie einem zweiten negativen differentiellen Widerstandselement (2) in einer derartigen Anordnung, dass ein Ende des ersten negativen differentiellen Widerstandselements (1) und ein Ende des zweiten negativen differentiellen Widerstandselements (2) an einem gemeinsamen Reihenschaltungs-Verbindungspunkt miteinander verbunden sind, dass das zweite negative differentielle Widerstandselement (2) einen Steueranschluss aufweist, der zur Steuerung eines Werts eines Elementstroms fähig ist, und dass der Reihenschaltungs-Verbindungspunkt als Ausgangsanschluss arbeitet; einen Schwingungsspannungs-Versorgungsschaltkreis zum Liefern einer Schwingungsspannung, die mit einem Taktsignal als Betriebsenergieversorgung für die Reihenschaltung (8) synchronisiert ist; einen Zwischenspeicherschaltkreis (10); ein Transfergatter (9), das zwischen einem Ausgangsanschluss der Reihenschaltung (8) und dem Zwischenspeicherschaltkreis (10) angeordnet ist, und das ebenfalls durch das Taktsignal ein- und ausgeschaltet wird; und einen Inverterschaltkreis (11), der mit dem Zwischenspeicherschaltkreis (10) verbunden ist; wobei ein Eingangssignal an den Steueranschluss des zweiten negativen differentiellen Widerstandselement (2) angelegt wird, während ein Ausgang des Inverterschaltkreises (11) als Ausgangssignal vorgesehen ist.
  2. Flip-Flop-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicherschaltkreis (10) ein drittes negatives differentielles Widerstandselement (4) sowie ein viertes negatives differentielles Widerstandselement (5) aufweist, die zwischen einer Referenzspannung und einer Stromversorgungsspannung in Reihe geschaltet sind.
  3. Flip-Flop-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste negative differentielle Widerstandselement (1) eine Resonanz-Tunneldiode ist.
  4. Flip-Flop-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite negative differentielle Widerstandselement (2) ein parallel geschaltetes Element ist, das aus einer Resonanz-Tunneldiode und einem FET-Element aufgebaut ist.
  5. Flip-Flop-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsspannungs-Versorgungsschaltkreis so ausgelegt ist, dass er das Taktsignal direkt an einen Stromversorgungsanschluss der Reihenschaltung (8) als dessen Betriebsenergieversorgung liefert.
  6. Flip-Flop-Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsspannungs-Versorgungsschaltkreis so ausgelegt ist, dass er eine Betriebsenergieversorgung für die Reihenschaltung (8) über ein FET-Element liefert, das in Synchronisation mit dem Taktsignal ein- und ausgeschaltet wird.
  7. Flip-Flop-Schaltkreis, welcher Folgendes aufweist: eine Reihenschaltung (16), die ein erstes negatives differentielles Widerstandselement (12) sowie ein zweites differentielles Widerstandselement (13) in einer derartigen Anordnung aufweist, dass ein Ende des ersten negativen differentiellen Widerstandselements (12) und ein Ende des zweiten negativen differentiellen Widerstandselements (13) an einem gemeinsamen Reihenschaltungs-Verbindungspunkt miteinander verbunden sind, dass zumindest das erste negative differentielle Widerstandselement (12) einen Steueranschluss aufweist, der zur Steuerung eines Werts eines Elementstroms fähig ist, und dass der gemeinsame Reihenschaltungs-Verbindungspunkt als Ausgangsanschluss arbeitet; einen Schwingungsspannungs-Versorgungsschaltkreis zum Liefern einer Schwingungsspannung, die mit einem Taktsignal als Betriebsenergieversorgung für die Reihenschaltung (16) synchronisiert ist; einen Zwischenspeicherschaltkreis (10); ein Transfergatter (9), das zwischen einem Ausgangsanschluss der Reihenschaltung (16) und dem Zwischenspeicherschaltkreis (10) angeordnet ist, und das ebenfalls durch das Taktsignal ein- und ausgeschaltet wird; und einen Pufferschaltkreis, der mit dem Zwischenspeicherschaltkreis (10) verbunden ist; wobei ein Eingangssignal an den Steueranschluss des ersten negativen differentiellen Widerstandselements (12) angelegt wird und ein Ausgang des Pufferschaltkreises als Ausgangssignal vorgesehen ist.
  8. Flip-Flop-Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicherschaltkreis (10) ein drittes negatives differentielles Widerstandselement (4) sowie ein viertes negatives differentielles Widerstandselement (5) aufweist, die zwischen einer Referenzspannung und einer Stromversorgungsspannung in Reihe geschaltet sind.
  9. Flip-Flop-Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite negative differentielle Widerstandselement (13) eine Resonanz-Tunneldiode ist.
  10. Flip-Flop-Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste differentielle negative Widerstandselement (12) ein parallel geschaltetes Element ist, das aus einer Resonanz-Tunneldiode und einem FET-Element aufgebaut ist.
  11. Flip-Flop-Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsspannungs-Versorgungsschaltkreis so ausgelegt ist, dass er das Taktsignal direkt an einen Stromversorgungsanschluss der Reihenschaltung (16) als dessen Betriebsenergieversorgung liefert.
  12. Flip-Flop-Schaltkreis nach Anspruch 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsspannungs-Versorgungsschaltkreis so ausgelegt ist, dass er eine Betriebsenergieversorgung für die Reihenschaltung (16) über ein FET-Element liefert, das in Synchronisation mit dem Taktsignal ein- und ausgeschaltet wird.
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