DE1265784B - Flipflopschaltung zur Speicherung von binaeren Datensignalen - Google Patents

Flipflopschaltung zur Speicherung von binaeren Datensignalen

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DE1265784B
DE1265784B DEG43957A DEG0043957A DE1265784B DE 1265784 B DE1265784 B DE 1265784B DE G43957 A DEG43957 A DE G43957A DE G0043957 A DEG0043957 A DE G0043957A DE 1265784 B DE1265784 B DE 1265784B
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transistor
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flop circuit
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Herbert Stopper
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
H03k
Deutsche KL: 21 al - 36/14
Nummer: 1265 784
Aktenzeichen: G 43957 VIII a/21 al
Anmeldetag: 24. Juni 1965
Auslegetag: 11. April 1968
Die Erfindung betrifft eine Flipflopschaltung zur vorübergehenden Speicherung von binären, aus einer Signalquelle stammenden Datensignalen, während deren Dauer Synchronisierimpulse auftreten, mit zwei über Kreuz gekoppelten Transistoren.
Bei bekannten Flipflopschaltungen, die einen bistabilen Stromkreis darstellen, sind normalerweise zwei Signaleingangsklemmen vorgesehen, denen je ein bistabiler Zustand zugeordnet ist. Zur Überführung in den anderen bistabilen Zustand, der eine binäre 0 oder 1 angibt, muß der einen Eingangsklemme ein Auslösesignal zugeführt werden.
Im Betrieb von elektronischen Rechenautomaten werden häufig die Datenworte, die aus einer äußeren Vorrichtung, z. B. einem Magnetband, zum Hauptspeicher übertragen werden sollen, vorübergehend in Flipflops gespeichert werden, wozu sie in diese eingeschrieben und nach ziemlich kurzer Zeit aus ihnen ausgelesen werden. Die einzelne Flipflopschaltung speichert dabei ein Informationselement, das die binäre Ziffer 0 oder 1 darstellt. Um diese Vorgänge im richtigen Zeitpunkt durchzuführen, liefert der Rechenautomat Synchronisierimpulse, während deren Dauer also das Einschreiben oder Auslesen erfolgt.
Den bekannten Flipflopschaltungen sind zwei Koinzidenzeingangsgatter und zwei Koinzidenzausgangsgatter zugeordnet, die verhindern sollen, daß in ein Flipflop ein Bit eingeschrieben wird, ohne daß ein Synchronisierimpuls zugegen ist. Wegen dieser Koinzidenzschaltungen sind die bekannten Speichereinrichtungen recht umfangreich und kostspielig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flipflopschaltung zu schaffen, die im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen einfacher aufgebaut ist und kleinere Abmessungen aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die beiden binären Datensignale über dieselbe Leitungsbahn dem Kollektor desselben Transistors und die Synchronisierimpulse den parallelgeschalteten Emittern der beiden Transistoren zuführbar sind.
Beim Einschreiben von binären Daten in das Flipflop können die am Kollektor des einen Transistors liegenden Binärsignale das Flipflop nur dann umschalten, wenn gleichzeitig mit ihnen ein Synchronisierimpuls an den miteinander verbundenen Emittern der beiden Transistoren auftritt. Hierzu werden vorzugsweise positive Synchronisierimpulse benutzt, die auch als Schreibimpulse bezeichnet sind.
Zum Auslesen des in dem Flipflop gespeicherten Binärsignals wird an die beiden parallelgeschalteten Emitter der beiden Transistoren ein negativer Syn-Flipflopschaltung zur Speicherung von binären
Datensignalen
Anmelder:
5
General Electric Company,
Schenectady, N.Y. (V. St. A.)
Vertreter:
ίο Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
6000 Frankfurt, Parkstr. 13
Als Erfinder benannt:
Herbert Stopper, Phoenix, Ariz. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. Juni 1964 (378 726) - -
chronisierimpuls gelegt, der auch als Leseimpuls bezeichnet ist.
Auf diese Weise können die beiden in der Flipas flopschaltung verwendeten Transitoren zugleich die Funktion eines Eingangsgatters und Ausgangsgatters erfüllen. Dabei ist für die Datenangabe nur eine einzige Eingangsklemme notwendig.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen an Hand von Figuren beschrieben werden. Es zeigt Fig. 1 eine Schaltskizze einer Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 2,3 und 4 Wellenformen, die zur Erläuterung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnungen dienen,
Fig. 5 eine Schaltskizze einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 6 eine Prinzipskizze, die angibt, wie man die erfindungsgemäße Schaltung in Form einer mikroelektronischen Anordnung aufbauen kann.
Das in F i g. 1 gezeigte Speicher-Flipflop enthält einen Transistor 11 mit einem Kollektor 12, einer Basis 13 und einem Emitter 14 und einen weiteren Transistor 17 mit einem Kollektor 18, einer Basis 19 und einem Emitter 20. Der Kollektor 18 ist mit dem Verbindungspunkt 27 (Klemme 55) von zwei Widerständen 25 und 59 verbunden. Der Widerstand 59 ist an die Basis 13 des Transistors 11 angeschlossen. Ein Widerstand 23 ist zwischen den Kollektor 12 und eine Dateneingangsklemme 24 geschaltet. Der Widerstand 25 liegt zwischen dem Kollektor 18 und einer ■■ Bezugsspannungsklemme 26. Die Widerstände 23
809 538/470
und 25 haben einen Wert von etwa 500 Ohm. An der Klemme 26 liegt eine Bezugsspannung von beispielsweise +3VoIt. Zwischen dem Kollektor 12 und der Basis 19 liegt ein Widerstand 29. Die Widerstände 29 und 59 haben einen Wert von etwa 100 Ohm.
Bedingt durch den physikalischen Aufbau eines Transistors liegt zwischen dessen Kollektor und Basis eine Kapazität. Die Kapazität zwischen dem Kollektor und der Basis der Transistoren 11 und 17 wird durch die gestrichelt eingezeichneten Leitungen und Schaltzeichen für Kondensatoren 40 bzw. 41 dargestellt. Diese Kapazität wirkt als Ladungsspeicher während des Transistorbetriebs.
Die für Transistoren benutzten Halbleitermaterialien speichern elektrische Ladungen während derjenigen Zeit, während der sich der Transistor im leitenden Zustand befindet. Diese Ladungen müssen dem Transistor zugeführt werden, um ihn in den leitenden Zustand zu bringen. Umgekehrt müssen diese Ladungen wieder abgeführt werden, um den leitenden Transistor zu sperren. Der in die Basis des Transistors fließende Strom liefert diese Ladungen. Umgekehrt führt der aus der Basis fließende Strom die elektrischen Ladungen wieder ab.
In der Schaltung nach F i g. 1 kommen die binären Daten, die in das Speicher-Flipflop eingeschrieben werden sollen, von einer Signalquelle 30, Die Signalquelle 30 liefert ein Eingangssignal mit einer beispielsweise in F i g. 2 gezeigten Wellenform. Eine binäre 0 entspricht +2VoIt, und eine binäre 1 entspricht +4VoIt. (In dieser Beschreibung entspricht immer das positivere von zwei Signalen der binären 1.) Das in Fi g. 2 gezeigte Signal wird der Dateneingangsklemme 24 zugeleitet. Die Bezugsspannung an der Klemme 26 hat einen Wert, der etwa in der Mitte zwischen den möglichen Spannungen an der Klemme 24 liegt, die entweder eine binäre 0 oder eine binäre 1 abgibt. In F i g. 3 sind kurze Synchronisierimpulse gezeigt, die die Schreib- und Lesedaten für das Flipflop darstellen. Ein Schreibimpuls wird durch +4VoIt und ein Leseimpuls durch — 3VoIt dargestellt. Im folgenden sollen vorerst nur die positiven Synchronisierimpulse oder Schreibimpulse 101 (Fig. 1 und 3) und 102 (Fig. 3) betrachtet werden.
Die in F i g. 3 gezeigten Synchronisierimpulse werden einer Eingangsklemme 44 zugeführt. Die Impulse müssen eine Spannung haben, die mindestens so positiv wie die höchste positive Spannung in der gesamten Schaltung ist, damit das Flipflop in den gewünschten Zustand übergeführt werden kann.
Wenn sich das Flipflop im O-Zustand befindet, leitet der Transistor 11, während der Transistor 17 gesperrt ist. Wenn sich das Flipflop im 1-Zustand befindet, leitet der Transistor 17 und der Transistor 11 ist gesperrt. Es sei angenommen, daß sich das Flipflop zur Zeit A (F i g. 2 und 3) im O-Zustand befindet. Dann fließt ein Strom I1 von der Klemme 26 durch die Widerstände 25 und 59 sowie durch die Basis 13 und den Emitter 14 zur Klemme 44. Der Strom I1 hält den Transistor 11 im leitenden Zustand, und es fließt ein verhältnismäßig großer Strom von der Klemme 24 durch den Widerstand 23, den Kollektor 12 und den Emitter 14 zur Klemme 44. Am Widerstand 23 erzeugt dieser Strom einen Spannungsabfall. Die Spannung am Verbindungspunkt 28 ist gegenüber der Spannung an der Klemme 24 um den Spannungsabfall am Widerstand 23 kleiner. Wegen des Spannungsabfalls am Widerstand 23 beträgt <fie Spannung am Verbindungtpuekt 28 etwa +0,3VoIt, wenn an der Klemme 24 eine Spannung von +2 Volt liegt. Die Spannung an der Basis 19 ist ebenfalls etwa +0,3VoIt. Ein gewöhnlicher Trangiatof 6enötigt etwa +0,9VoIt zwischen Basis und Emitter, damit ein Strom in die Basis fließt. Da die Spannung zwischen der Basis 19 und dem Emitter 20 nur 0,3 Volt ist, bleibt der Transistor 17 so lange nichtleitend, bis die Spannung an der Klemme 44 geändert wird. Die Verbindung zwischen der Basis 13 und dem Kollektor 18 und die Verbindung zwischen der Basis 19 und dem Kollektor 12 stellt eine Gegenkopplung des Flipflops dar, so daß, wenn der eine Transistor leitet, der andere gesperrt ist.
Zur Zeit B veranlassender +4-Volt-Synchronisierimpuls 101 an der Klemme 44 und das an der Klemme 24 liegende Bit 117, das eine binäre 1 darstellt, daß das Flipflop in den 1-Zustand umschaltet
ao Die Spannung des Synchronisierimpulses, die der Klemme 44 zugeführt und von dort auf den Einiger 14 gegeben wird, ist positiver als die Spannung an der Klemme 26 und der Basis 13, so daß der StTOiIiZ1 nicht mehr von der Basis zum Emitter des Transi-
a5 stors 11 fließt. Wenn die Spannung an der Klemme
24 positiver als die an der Klemme 26 ist, entsteht ein Strom /,, der von der Klemme 24 zur Klemme %6 fließt. Der Strom I2 fließt von der Klemme 24 dttreli den Widerstand 23 zum Verbindungspunkt 28, wo er
sich in die Ströme/3 und/4 aufteilt. Der Strom/3 fließt vom Verbindungspunkt 28 durch den Kollektor 12, die Basis 13 und durch die Widerstände 59 und 2j? z^ur Klemme 26. Der Strom/,, der aus der Basis 13 heräusfließt, führt elektrische Ladungen vom Transistor H ab. Der Strom/, liefert aber auch eine Ladung, (Jerea Polarität in Fig. 1 gezeigt ist, in die durch den Kondensator 40 angedeutete Kapazität, so daß der Transistor 11 nicht länger leitend bleibt, auch w^ttn die Spannung an der Klemme 44 auf Null zurflekgeht. Zur Zeit 2? fließt außerdem ein Strom/4 votn Verbindungspunkt 28 durch den Widerstand 29, die Basis 19, den Kollektor 18 und durch den Widerstand
25 zur Klemme 26. Der Strom /4 liefert eine elektrische Ladung, die in der durch den Kondensator 41 angedeuteten Kapazität des Transistors 17 gespeichert wird und die die in Fig. 1 gezeigte Polarität hat. Diese Ladung bewirkt, daß der Transistor 17 leitend wird, so daß sich das Flipflop im 1-Zuständ befindet, wenn die Spannung an der Klemme 4.4 auf Null zurückgeht.
Wenn der Synchronisierimpuls 101 rasch auf Null abklingt, wie es zwischen den Zeiten C und Z> in Fig. 3 gezeigt ist, wirken die elektrischen Ladungen im Transistor 17 und Kondensator 41 zusammen, um den Transistor 17 in den leitenden Zustand zu versetzen. Die Ladung in der durch den Kondensator 41 dargestellten Kapazität bewirbt, daß ein Strom von der rechten Seite des Kondensators 41 in die Basis 19, den Kollektor 18 und zur linken Seite des Kondensators 41 fließt. Dieser Basisstrom liefert zusätzliche elektrische Ladungen, die den Translator 17 leitfähig machen. Weiter bewirkt die Ladung fies Kondensators 40, daß kein Strom in die Basis 13 des Transistors 11 fließt. Der Transistor 11 bleibt daher nichtleitend. Damit befindet sich das Flipflop zur Zeit F endgültig im 1-Zustand.
Die bisher bekannten Flipflops wechseln von dem einen binären Zustand in den anderen, wenn ein
Triggersignal an die Basis eines der beiden Transistoren gelegt wird. Das Flipflop nach der vorliegenden Erfindung wechselt von einem binären Zustand zunächst in einen Zustand, bei dem keiner der Transistoren leitend ist. Dieser Zustand bleibt bestehen, solange ein Synchronisierimpuls den Emittern 14 und 20 zugeleitet wird. Erst beim Abschalten des Synchronisierimpulses von den Emittern 14 und 20 veranlassen die in einem der beiden Transistoren und in deren Schaltkapazität gespeicherten Ladungen, daß der betreffende Transistor leitend wird und das Flipflop in den gewünschten binären Zustand übergeht.
Aber auch dann, wenn der Zeitimpuls 101 langsam auf Null abklingt, wie es durch die gestrichelte Linie zwischen den Zeiten C und F in F i g. 3 gezeigt ist, wird das Flipflop in den 1-Zustand umgeschaltet. Transistoren, wie sie in der Schaltung nach F i g. 1 verwendet werden, benötigen eine Spannung von etwa +0,9VoIt zwischen Basis und Emitter, damit ein Strom in die Basis fließt. Sobald der Synchronisierimpuls auf einen Wert von +3VoIt abgesunken ist, bewirken die +4VoIt an der Klemme 24, daß ein Strom von dieser Klemme durch die Widerstände 23 und 29, die Basis 19 und den Emitter 20 zur Klemme 44 fließt, so daß der Transistor 17 leitend wird. Die +3VoIt an der Klemme 26 sind gleich der Spannung an der Klemme 44, so daß kein Strom in die Basis des Transistors 11 fließt, der damit im nichtleitenden Zustand bleibt. Da die Spannung an der Klemme 44 nach Null abnimmt, fließt weiterhin Strom von der Klemme 24 durch die Widerstände 23 und 29, die Basis 19 und den Emitter 20 zur Klemme 44, so daß der Transistor 17 im leitenden Zustand bleibt. Ein anderer Strom fließt von der Klemme 26 durch den Widerstand 25 und den Kollektor 18 zum Emitter 20 des Transistors 17 und weiter zur Klemme 44. Dieser Strom erzeugt einen Spannungsabfall im Widerstand 25, so daß die Spannung zur Zeit F am Verbindungspunkt 27 und der Basis 13 etwa +0,3 Volt beträgt. Das ist weniger als die zwischen der Basis 13 und dem Emitter 14 benötigten 0,9 Volt, die einen Strom in die Basis 13 fließen lassen könnten. Der Transistor 11 bleibt daher im nichtleitenden Zustand.
Unabhängig davon, ob der Synchronisierimpuls rasch oder langsam auf Null abklingt, befindet sich das Flipflop nach dem Nullrückgang des Synchronisierimpulses im 1-Zustand, sofern die an der Dateneingangsklemme anliegende Spannung eine binäre 1 darstellt. Darüber hinaus wird die innere Kapazität, die infolge ihrer Ladungsspeicherung die Funktion der bisher bekannten Flipflopschaltungen behinderte und deren Arbeitsgeschwindigkeit verringerte, in der vorliegenden Erfindung genutzt, um das Flipflop sehr schnell in den gewünschten binären Zustand zu versetzen, wenn der Synchronisierimpuls rasch auf Null zurückgeht.
Zur Zeit L veranlassen der +4-Volt-Synchronisierimpuls 102 an der Klemme 44 und das eine binäre 0 darstellende Datenbit 118 an der Klemme 24, daß das Flipflop in den O-Zustand übergeht. Die der Klemme 44 zugeleitete Spannung des Synchronisierimpulses, die auch zum Emitter 20 gelangt, ist positiver als die Spannung an der Klemme 24 und der Basis 19, so daß der Strom Z4 nicht mehr von der Basis zum Emitter des Transistors 17 fließt. Die Spannung an der Klemme 26 ist positiver als die an der Klemme 24, so daß ein Strom von der Klemme 26 zur Klemme 24 fließt. Der Strom Z1 fließt nun zum Verbindungspunkt 27, wo er sich in die Teilströme Z7 und /8 aufteilt. Der Strom Z7 fließt vom Verbindungspunkt 27 durch den Kollektor 18, die Basis 19 und die Widerstände 29 und 23 zur Klemme 24. Der Strom Z7, der aus der Basis 19 herausfließt, führt elektrische Ladungen aus dem Transistor 17 ab und lädt die durch den Kondensator 41 dargestellte Kapazität mit einer Polarität auf, die gegenüber der in F i g. 1 gezeigten Polarität umgekehrt ist. Der Transistor 17 bleibt daher im nichtleitenden Zustand, wenn die Spannung an der Klemme 44 auf Null zurückgeht. Zur Zeit L fließt auch ein Strom vom Verbindungspunkt 27 durch die Basis 13, den Kollektor 17 und den Widerstand 23 zur Klemme 24. Der Strom Z8 liefert elektrische Ladungen an den Transsitor 11 und dessen innere Kapazität, die durch den Kondensator 40 dargestellt ist. Die Polarität der gespeicherten Ladung hat gegenüber der Darstellung in F i g. 1 ein umgekehrtes Vorzeichen. Infolge dieser Ladungen geht der Transistor 11 in den leitenden Zustand über und damit das Flipflop in den O-Zustand, sobald die Spannung an der Klemme 44 auf Null abgesunken ist, was zur Zeit P der Fall ist.
Sobald der Synchronisierimpuls den Wert Null erreicht hat, wird also derjenige Transistor leitend, in dem während der Anwesenheit des positiven Synchronisierimpulses Ladungen gespeichert werden. Wenn der Synchronisierimpuls 102 zur Zeit N (F i g. 3) rasch auf Null zurückgeht, wirken die elektrischen Ladungen im Transistor und in dessen durch den Kondensator 40 dargestellten Kapazität zusammen, um den Transistor 11 in den leitenden Zustand zu schalten. Wenn der Synchronisierimpuls langsam auf Null abklingt, wie es in F i g. 3 zwischen der Zeit M und Z* dargestellt ist, wird der Transistor 11 ebenfalls leitend, weil die Spannung am Verbindungspunkt 27 positiver ist als die am Verbindungspunkt 28. Auf diese Weise wird, sobald ein Impuls an die Klemme 44 und ein Bit, das einer binären 0 entspricht, der Dateneingangsklemme 24 zugeführt werden, das Flipflop in den 0-Zustand umgeschaltet,
Die bisher beschriebene Schaltungsanordnung des in Fig. 1 gezeigten Flipflops arbeitet für viele Anwendungen zufriedenstellend und hat die folgenden Eigenschaften:
1. Für das Eingeben der Daten wird ein Synchronisierimpuls mit nur zwei verschiedenen Spannungswerten benötigt. Die beiden Spannungen sind, wie beschrieben 0 und +4VoIt, entsprechend den Impulsen 101 und 102 in den F i g. 1 und 3.
2. Das vom Flipflop gespeicherte Bit kann an der Klemme 35 (Verbindungspunkt 28) abgelesen werden.
3. Der Komplementärwert des vom Flipflop gespeicherten Bit kann an der Klemme 55 (Verbindungspunkt 27) abgelesen werden.
4. Von der Signalquelle 30 gelieferte unerwünschte Daten werden im Flipflop nicht gespeichert. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die Bits 113, 114 und 116 in Fig. 2 den Zustand des Flipflops nicht ändern. Nur diejenigen Bits, die zusammen mit einem Synchronisierimpuls auftreten werden gespeichert, nämlich die Bits 117 und 118.
7 8
Das in F i g. 1 beschriebene Flipflop kann in ver- zeitig mit dem Auftreten des negativen Synchronischiedenen Arten abgeändert werden. Wenn der sierimpulses eine binäre 1 an der freien Klemme der Komplementärwert des gespeicherten Bits nicht be- Diode 38 anliegt. Andernfalls tritt an der Klemme 34 nötigt wird oder wenn der Komplementärwert nicht eine binäre 0 auf.
+0,3 Volt und +1,0VoIt für die binäre 0 bzw. die 5 Der Block 112 ist ähnlich aufgebaut und enthält binäre 1 sein muß, kann der Widerstand 59 durch Dioden 57 und 60 sowie einen Widerstand 58. Diese eine leitende Verbindung ersetzt werden. Für be- Bauelemente entsprechen den Bauteilen.3I1 38 und stimmte Typen von Transistoren können die beiden 32 des Blockes 111. Die Klemmen 56 und 55 entWiderstände 29 und 59 durch Leiter ersetzt werden. sprechen den Klemmen 34 und 35.
An Stelle der Bezugsspannung von +3VoIt, die io Um ein im Flipflop gespeichertes Bit abzulesen, an der Klemme 26 anliegt, kann an die Klemme eine wird ein Leseimpuls von — 3VoIt der Klemme 44 zweite binäre Datenquelle angeschlossen werden, bei- zugeführt. Wenn eine binäre 1 gespeichert ist und, spielsweise eine Quelle, die die komplementären wie es in den F i g. 2, 3 und 4 zur Zeit H gezeigt ist, Signale zu den von der Quelle 30 gelieferten Signalen ein Leseimpuls 119 zugeführt wird, fließt ein abgibt. Weitere Änderungen werden bei der Diskus- 15 schwacher Strom Z5 von der Erdleitung durch den sion der folgenden Figuren beschrieben werden. Widerstand 32 und die Diode 31 zum Verbindungs-
Ein Speicher-Flipflop soll möglicherweise noch an- punkt 28. Ein stärkerer Strom Z2 fließt von der dere Eigenschaften als die bisher beschriebenen haben. Klemme 24 durch den Widerstand 23 zum Verbin-So sollen während des Auftretens des Synchronisier- dungspunkt 28. Der Strom Z4 fließt durch den Widerimpulses nicht nur Daten eingeschrieben, sondern 20 stand 29 und die Basis 19 zum Emitter 20 des Tranauch abgelesen werden können. Diese Forderung sistors 17 und von dort zur Klemme 44. Der Strom Z4 wird erfüllt, indem der Klemme 44 ein Synchronisier- erzeugt einen Spannungsabfall am Widerstand 29, impulszug zugeleitet wird, der drei verschiedene der etwa IVoIt beträgt. Der Spannungsabfall zwi-Spannungswerte annehmen kann und der neben den sehen der Basis 19 und dem Emitter 20 ist etwa positiven Impulsen auch die negativen Impulse 119 25 0,9 Volt. Die Spannung am Verbindungspunkt 28 ist und 120 (Fig. 3) enthält. Diese negativen Impulse positiver als die an der Klemme44, und zwar um haben eine Amplitude von —3 Volt. den Betrag der Spannungsabfälle am Widerstand 29
Ein Synchronisierimpuls mit drei verschiedenen und zwischen der Basis 19 und dem Emitter 20, und Spannungswerten kann beispielsweise durch Anlegen beträgt etwa —1,1 Volt. Der Strom Z5 erzeugt einen eines positiven Pulses an die Basis eines NPN-Tran- 30 Spannungsabfall an der Diode 31 von etwa 0,6 Volt, sistors und eines negativen Pulses, der gegenüber Die Spannung an der Klemme 34 ist positiver als die dem positiven zeitlich verschoben ist, an die Basis am Verbindungspunkt 28, und zwar um den Betrag eines PNP-Transistors erzeugt werden. Die beiden des Spannungsabfalles an der Diode 31. Dadurch Transistoren sind in der Emitterfolgeschaltung ge- liegt an der Klemme 34 eine Spannung von etwa schaltet und haben einen gemeinsamen Emitterwider- 35 —0,5 Volt, wie es in F i g. 4 gezeigt ist. stand, der auf der einen Seite an die beiden Emitter Wenn beim Auftreten eines Leseimpulses 120 eine
und auf der anderen Seite an einen Punkt ange- binäre 0 im Flipflop gespeichert ist (Zeit R in den schlossen ist, dessen Spannung zwischen den Span- F i g. 2, 3 und 4), dann fließt ein Strom Z6 von der nungen der beiden Kollektoren liegt. Die vereinigten Erdleitung durch den Widerstand 32, die Diode 31 Emitter werden dann mit der Klemme 44 von Fi g. 1 40 und den Kollektor 12 zum Emitter 14 des Transistors verbunden. Es können aber auch andere Verfahren 11 und von dort zur Klemme 44. Der Strom Z6 erfür die Erzeugung des dreistufigen Synchronisier- zeugt einen Spannungsabfall an der Diode 31 und am pulses verwendet werden. Transistor 11. Dieser beträgt etwa 0,9 Volt. Die
Das Ablesen des Flipflops soll bei manchen Ver- Spannung an der Klemme 34 ist um den Betrag des wendungzwecken nur dann erfolgen, wenn außer 45 Spannungsabfalles am Transistor 11 und der Diode dem Ableseimpuls noch weitere Bedingungen auf- 31 weniger negativ als die Spannung an der Klemme treten. Hierzu wird die Ausgangsklemme des Flip- 44 und beträgt etwa —2,1 Volt, wie es in Fig. 4 geflops vorzugsweise über eine Diode an ein Ausgabe- zeigt ist. Wenn ein Leseimpuls an der Klemme 44 gatter angeschlossen. liegt, dann ist beim 1-Zustand des Flipflops die
Im folgenden soll die Arbeitsweise der Schaltung 50 Spannung an der Klemme 34 weniger negativ als nach F i g. 1 mit der Annahme beschrieben werden, beim O-Zustand.
daß der dreistufige Synchronisierimpuls der Klemme Die F i g. 2 und 3 zeigen die Leseimpulse zu den
zugeführt wird und daß die Schaltungsanordnun- Zeiten H und R, die der Klemme 44 zugeleitet wergen im Block 111, und wenn wünschenswert auch im den, wenn +4 Volt an der Klemme 24 liegen. Weil Block 112, der ursprünglichen Schaltung hinzugefügt 55 der Spannungsabfall an einem leitenden Transistor werden. in einem großen Strombereich praktisch konstant ist,
Der Block 111 enthält Dioden 31 und 38 und wird sich die Spannung an der Klemme 34 nicht einen Widerstand 32. wesentlich ändern, wenn die Spannung, die den ein-
Die Diode 31 liegt zwischen der Klemme 34 und gegebenen binären Wert darstellt, während der der Klemme 35, die ihrerseits mit dem Kollektor 12 60 Ablesezeit +2VoIt an Stelle von +4VoIt ist. Die verbunden ist. Der Widerstand 32 liegt zwischen der Höhe der Signalspannung an der Klemme 34 ist also Klemme 34 und einer Bezugsspannung, beispiels- von dem im Flipflop gespeicherten Bit abhängig und weise der Erdleitung. nicht vom Eingangssignal an der Klemme 24.
An die Klemme 34 des Ausgabegatters können Die bisher bekannte Speicherschaltung mit einem
weitere Dioden, beispielsweise die in Fig. 1 gezeigte 65 Flipflop und mehreren Eingangs- und Ausgangstoren Diode 38, angeschlossen sein. Eine im Flipflop ge- kann durch die neue Flipflopschaltung ersetzt werspeicherte binäre 1 wird beim vorliegenden Beispiel den, die keine Eingangstore benötigt. Die Toren entnur dann an der Klemme 34 erscheinen, wenn gleich- sprechenden Ausgangsschaltungen der Blöcke 111
9 10
und 112, falls sie überhaupt benötigt werden, müssen Der Wert des Stromes Z12 ist so gewählt, daß der
nicht durch Synchronisierimpulse gesteuert werden. gesamte Strom von der Klemme 69 durch den KoI-
So betrachtet, liefert die beschriebene Flipflopschal- lektor 12 und Emitter 14 zur Klemme 44 fließt, wenn
tung ihre eigenen Tor-Funktionen. Die Leseimpulse sich das Flipflop im O-Zustand befindet, und von der 119 und 120 bewirken auch, daß der Inhalt des 5 Klemme 69 durch den Widerstand 29, die Basis 19
Flipflops an der Klemme 56 abgelesen werden kann. und den Emitter 20 zur Klemme 44 fließt, wenn sich
Solange sich das Flipflop im 1-Zustand befindet, das Flipflop im 1-Zustand befindet. Der Strom fließt
wird der Transistor 17 leiten und der Transistor 11 nur während derjenigen Zeit durch die Dioden 64
gesperrt sein. Zur Zeit H (F i g. 2, 3 und 4) fließt ein und 65, während der ein Synchronisierimpuls der
Strom Z9 von der Erdleitung durch den Widerstand io Klemme 44 zugeleitet wird.
58, die Diode 57 und den Kollektor 18 zum Emitter Die Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 5 soll 20 des Transistors 17 und von dort zur Klemme 44. nun mit Hilfe der F i g. 2, 3 und 4 beschrieben wer-Der Strom Z9 erzeugt in jedem von ihm durchflos- den. Es sei angenommen, daß sich das Flipflop zur senen Bauelement einen Spannungsabfall. Der ge- Zeit A im O-Zustand befindet. Das heißt, der Transamte Spannungsabfall am Transistor 17 und an der 15 sistor 11 ist leitend und* der Transistor 17 nichtDiode 57 ist etwa 0,9 Volt. Wegen des Spannungs- leitend. Der Strom Z11 fließt von der Stromquelle 67 abfalles am Transistor 17 und der Diode 57 ist die zur Klemme 68 und von dort durch die Basis 13 und Spannung an der Klemme 56 weniger negativ als die den Emitter 14 des Transistors 11 zur Klemme 44. an der Klemme 44, weshalb die Spannung an der Der Strom Z11 hält den Transistor 11 im leitenden Klemme 56 etwa -2,1VoIt beträgt. 20 Zustand, so daß der Strom Z12 von der Klemme 69
Solange sich das Flipflop im O-Zustand befindet, durch den Kollektor 12 und Emitter 14 des Tranist der Transistor 17 gesperrt und der Transistor 11 sistors 11 zur Klemme 44 fließt. Der Strom Z12 erleitend. Wenn zur Zeit R (F i g. 2, 3 und 4) ein Lese- zeugt einen Spannungsabfall von etwa 0,3 Volt impuls von — 3 Volt an die Klemme 44 gelegt wird, zwischen dem Kollektor 12 und Emitter 14 des Tranfließt ein schwacher Strom Z9 von der Erdleitung 25 sistors 11. Die Spannung am Verbindungspunkt 28 durch den Widerstand 58 und die Diode 57 zum Ver- und der Basis 19 ist deshalb etwa +0,3VoIt. Die bindungspunkt 27. Ein stärkerer Strom Z1 fließt von Spannung an der Klemme 44 ist 0 Volt. Die Spander Klemme 26 durch den Widerstand 25 zum Ver- nung zwischen der Basis 19 und dem Emitter 20 ist bindungspunkt 27. Ein Strom Z8 fließt durch den ebenfalls etwa + 0,3 Volt. Das ist weniger als die Widerstand 59 und die Basis 13 zum Emitter 14 des 30 0,9 Volt, die zwischen Basis und Emitter benötigt Transistors 11 und von dort zur Klemme 44. Der werden, damit ein Strom in die Basis 19 fließen kann. Strom Z9 erzeugt am Widerstand 58 einen Spannungs- Der Transistor 17 bleibt daher so lange nichtleitend, abfall von etwa — 0,5VoIt, weshalb die Spannung bis sich die Spannung an der Klemme 44 ändert, an der Klemme 56 ebenfalls — 0,5 Volt ist. Auch die Dioden 31, 64 und 65 befinden sich im
Die Spannung an der Klemme 56 ist komplementär 35 nichtleitenden Zustand.
zur Spannung an der Klemme 34. Beim O-Zustand Zur Zeit B veranlassen die +4 Volt an der
des Flipflops ist die Spannung an der Klemme 56 Klemme 24, die eine binäre 1 darstellen, und die
weniger negativ, als beim 1-Zustand. +4 Volt des Synchronisierimpulses an der Klemme
F i g. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der in 44, daß das Flipflop in den 1-Zustand umkippt.
F i g. 1 gezeigten Schaltung. Die Schaltung nach 4° Die Spannung an der Klemme 26 ist weniger
F i g. 5 unterscheidet sich von der in F i g. 1 dadurch, positiv als die Spannung an irgendeiner anderen
daß die Widerstände 23 und 25 durch Dioden 64 Klemme der Schaltung, so daß der gesamte Strom
und 65 ersetzt worden sind und daß eine Konstant- zur Klemme 26 fließt. Der Strom Z11 fließt von der
stromquelle 67 mit den Stromanschlüssen 68 und 69 Klemme 68 durch die Diode 64 zur Klemme 26. Der
vorgesehen ist. Außerdem sind die Widerstände 23, 45 Strom Z12 fließt von der Klemme 69 zum Verbin-
25 und 59 durch leitende Verbindungen ersetzt und dungspunkt 28. Vom Verbindungspunkt 28 fließt der
der Block 112 weggelassen worden. Der Stromkreis Strom Z3 durch den Kollektor 12 zur Basis 13 des
würde jedoch mit diesen Widerständen und dem Transistors 11 und durch die Diode 64 zur Klemme
Block 112 ebenfalls funktionsfähig sein. Für einen 26. Der Strom Z3 führt die elektrischen Ladungen aus
bestimmten Transistortyp kann auch der Widerstand 5° dem Transistor 11 ab und läßt die durch den Kon-
29 durch einen Leiter ersetzt und der Block 111 weg- densator 40 dargestellte Kapazität mit der in F i g. 1
gelassen werden (für Funktionen bei denen haupt- gezeigten Polarität auf, so daß der Transistor 11
sächlich ein Synchronisierimpuls mit nur zwei Span- auch dann nichtleitend bleibt, wenn die Spannung an
nungswerten benutzt wird), und zwar in ähnlicher der Klemme 44 wieder auf Null zurückgegangen ist.
Weise, wie es in F i g. 1 gezeigt ist. 55 Zur Zeit B fließt ein Strom Ix vom Verbindungspunkt
Die Diode 64 liegt zwischen den Klemmen 26 und 28 durch den Widerstand 29 und die Basis 19 zum
68 und die Diode 65 zwischen den Klemmen 24 und Kollektor 18 des Transistors 17 und durch die Diode
69. Die Stromquelle 67 liefert einen StTOmZ11 an die 64 zur Klemme 26. Der Strom Z4 liefert elektrische
Klemme 68, die mit dem Kollektor 18 verbunden ist, Ladungen an den Transistor 17 und lädt die durch
und einen Strom Z12 an die Klemme 69, die mit dem 60 den Kondensator 41 dargestellte Kapazität mit der
Kollektor 12 des Transistors 11 verbunden ist. Die gezeigten Polarität auf. Diese Ladungen bewirken,
Ströme Z11 und Z12 sind konstant. Der Wert des Stro- daß der Transistor 17 leitend wird und daß das
mesZn ist so gewählt, daß der gesamte Strom von Flipflop in den 1-Zustand übergeht, wenn die Span-
der Klemme 68 durch die Basis 13 und den Emitter nung an der Klemme 44 auf den Wert Null zurück-
14 zur Klemme 44 fließt, wenn sich das Flipflop im 65 geht.
O-Zustand befindet, und von der Klemme 68 durch In der Schaltung nach F i g. 5 ist der Strom Z3, der
den Kollektor 18 und Emitter 20 zur Klemme 44 zum Sperren des Transistors 11 Ladungen abführt,
fließt, wenn sich das Flipflop im 1-Zustand befindet. und der Strom Z4, der Ladungen zuführt, um den
Transistor 17 leitend zu machen, größer als die entsprechenden Ströme Z3 und Z4 in der Schaltung nach Fi g. 1, bei der die Ströme durch die Widerstände 23 und 25 begrenzt werden, die in der Schaltung nach F i g. 5 durch gewöhnliche Leiter ersetzt sind. Die höheren Ströme T3 und Z4 verringern die Zeit die notwendig ist, um dem Flipflop ausreichende Ladungen zuzuführen, so daß es rascher vom O-Zustand umschalten kann. Zur Zeit L fließt bei der in F i g. 5 gezeigten Schaltungsanordnung ein Strom in die Basis 13 des Transistors 11 und ein Strom aus der Basis 19 des Transistors 17, die beide stärker sind als die im Zusammenhang mit der Arbeitsweise der F i g. 1 beschriebenen Ströme. Das Flipflop wird also rascher in den O-Zustand überwechseln. Auf diese Weise werden in der Schaltung nach F i g. 5 die elektrischen Ladungen den Transistoren 11 und 17 rascher zugeführt oder abgeleitet als in der in F i g. 1 gezeigten Schaltung. Darum können auch Synchronisierimpulse verwendet werden, deren zeitliehe Dauer kürzer ist, und die Schaltung nach F i g. 5 kann mit höheren Frequenzen betrieben werden als diejenige nach Fig. 1.
Eine binäre 0 oder 1 wird aus der Schaltung nach F i g. 5 in ähnlicher Art abgelesen, wie es schon für die Schaltung nach F i g. 1 beschrieben wurde.
Die Schaltung nach F i g. 5 ist in sich abgeschlossen und arbeitet zufriedenstellend. Die Funktion der Bauteile 78 und 79 wird nach der Beschreibung der F i g. 6 erklärt werden.
Die Schaltung nach F i g. 1 oder 5, einschließlich der beschriebenen Änderungen, können als' mikroelektronische Schaltungen, die auf einem einzigen Halbleiterkörper aufgebaut sind, hergestellt werden. F i g. 6 zeigt die physikalische Anordnung der P- und N-Schichten des Transistors 11 in einem Halbleiterkörper 73. Der Kollektor 12, die Basis 13 und der Emitter 14 werden in dem Körper 73 gebildet. Ferner besteht zwischen dem Kollektor 12 und dem Halbleiterkörper 73 ein Diodenübergang. Wenn dieser Diodenübergang in Vorwärtsrichtung polarisiert ist, fließt ein Strom, der die gesamte Anordnung zerstören wird. Um diesen unerwünschten Strom vom Körper 73 zum Kollektor 12 zu vermeiden, muß die Spannung am Halbleiterkörper 73 immer negativer sein als die Spannung am Kollektor. Wenn der Synchronisierimpuls von —3 Volt bei der in F i g. 6 gezeigten Anordnung dem Emitter 14 zugeleitet wird, sinkt die Spannung am Emitter 14, der Basis 13 und dem Kollektor 12 auf etwa —3 Volt. Darum muß der Halbleiterkörper eine negative Spannung von mindestens —3 Volt haben. Wegen der physikalischen Anordnung des Transistors im Körper 73 ergibt sich eine Kapazität zwischen dem Kollektor des Transistors und dem Halbleiterkörper. Die verwendeten Dioden werden ebenfalls auf dem Körper 73 gebildet. Es besteht dann auch eine Schaltkapazität zwischen jeder Diode und dem Halbleiterkörper.
Es sei beispielsweise angenommen, daß die Schaltung nach Fi g. 5 in der in F i g. 6 gezeigten Technik ausgeführt werden soll. Die inneren Kapazitäten zwischen dem Halbleiterkörper 73 und den mit dem Verbindungspunkt 27 verbundenen Bauteilen werden durch die gestrichelt eingezeichneten Leitungen und den gestrichelt eingezeichneten Kondensator 74 dargestellt. Die inneren Kapazitäten zwischen dem Halbleiterkörper 73 und den mit dem Verbindungspunkt 28 verbundenen Bauteilen werden durch die gestrichelten Linien und den gestrichelt gezeichneten Kondensator 75 dargestellt. Wenn die Spannung aal Halbleiterkörper konstant gehalten wird, muß zusä Laden oder Entladen dieser Kapazitäten jedesäM dann ein Strom geliefert werden, wenn sich die Spannung an den Kollektoren der Transistofen 11 und 17 ändert. Da die Ströme Z11 und Z12 von der Konstantstromquelle 67 begrenzt werden, dauert es verhältnismäßig lange, bis diese Kapazitäten geladen oder entladen sind. Auf diese Weise verringern lie inneren Kapazitäten die Arbeitsfrequenz des FlifJ-flops, da sie dessen Umschaltzeit verlängern.
Die maximale Arbeitsfrequenz dieser Anordnung kann erhöht werden, wenn die Spannung am Halbleiterblock 73 im gleichen Verhältnis verändert wird, wie die Spannung an der Klemme 44. Dies kann man beispielsweise mit einem Kondensator 78 und einer Induktionsspule 79 erreichen. Der Kondensator 78 ist zwischen die Klemme 44 und den Halbleiterkörper 73 und die Induktionsspule 79 zwischen den Halbleiterkörper 73 und die Klemme 81 geschaltet, die wiederum mit einer entsprechenden Spannungsquelle von beispielsweise — 3 Volt verbunden ist. Da die Ladung des Kondensators 78 nicht in sehr kürzer Zeit geändert werden kann, wird der Spannungsimpuls von der Klemme 44 zum Halbleiterkörper 73 übertragen. Die Spule 79 verhindert, daß der Spannungsimpuls an die Klemme 81 weitergeleitet wird. Die Spannung am Halbleiterkörper 73 ist — 3 Volt, wenn kein Impuls an der Klemme 44 liegt, und ändert sich, sobald sich die Spannung an der Klemme 44 ändert.

Claims (13)

Patentansprüche:
1. Flipflopschaltung zur vorübergehenden Speicherung von binären, aus einer Signalqüelle stammenden Datensigüaleö, während deföi Dauer Synchronisierimpülse auftreten, mit zwei über Kreuz gekoppelten Transistoren, d a d u f c h gekennzeichnet, daß die beiden Binären Datensignale (118, 117) über dieselbe Leitung^- bahn (24, 28) dem Kollektor (12) desselben Traap sistors (11) und die Synchronisierimpülse (101, 102) dem Emitter (14 und 20) der beiden Transistoren (11 und 17) zuführbar sind.
2. Flipflopschaltung nach Anspruch 1, dadurffi gekennzeichnet, daß die Datensignale (118, 117) zwei Gleichspannungen (+2 Volt und +4 Volt) unterschiedlicher Größe sind und daß der Ström durch die Leitungsbahn (24, 28) ein Gleichstrom (J2) ist.
3. Flipflopschaltung nach Anspruch 2, daduieU gekennzeichnet, daß die beiden Spännungen (+2VoIt und +4VoIt) der Datensignale (118, 117) unterhalb und oberhalb einer BezugSspähnung(+3Volt) liegen, die von oiner Klemiie (26) über zumindest einen Widerstand (25) den Kollektor (18) des zweiten Transistors (17) sah führbar ist, und daß die Leitungsbahn (24, 28), die die Datensignalquelle (30) mit dem Kollektor (12) des ersten Transistors (11) verbindet, zil·· mindest einen Widerstand (23) enthält (F i g. 1).
4. Flipflopschaltung nach Anspruch 2, In
die Kollektoren der beiden Transistor^
konstante Gleichstromquelle angeschk
dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung (+3VoIt), unterhalb und oberhalb deren die beiden Spannungen (+2 Volt und +4VoIt) der Datensignalquelle (30) liegen, über eine Diode (64) dem Kollektor (18) des zweiten Transistors (17) zuführbar ist und daß die Leitungsbahn (24, 28) von der Datensignalquelle (30) zum Kollektor (12) des ersten Transistors (11) ebenfalls eine Diode (65) enthält (F i g. 5).
5. Flipflopschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Datensignalquelle (30) komplementär arbeitende Quelle (nicht gezeigt) am Kollektor (18) des zweiten Transistors (17) über eine Leitungsbahn (26, 27) angeschlossen ist.
6. Flipflopschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 5, der Synchronisierimpulse als Schreibimpulse von gleicher Polung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Emitter (14 und 20) der beiden Transistoren (11 und 17) Leseimpulse (119, 120) zuführbar sind, die hinsichtlich der Schreibimpulse (101, 102) zeitlich verschoben sind und die andere Polung besitzen.
7. Flipflopschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreib- und Leseimpulse (101, 102; 119, 120) als Taktpulszug mit drei Spannungsgrößen (+4 Volt, 0 Volt und — 3 Volt) den Emittern (14 und 20) zuführbar ist.
8. Flipflopschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kollektor-Basis-Kopplung von einem Leiter gebildet ist.
9. Flipflopschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kollektor-Basis-Kopplung von einem Kopplungswiderstand gebildet ist.
10. Flipflopschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 9, aus einem Halbleiterblock mit einem P-leitfähigen Hauptteil und mit mehreren Schichten die in gesonderten Bereichen die Transistoren bilden, deren Kollektoren die entgegengesetzte Polung zum Hauptteil des Blockes besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannung (—3 Volt), dessen Größe der Amplitude der Leseimpulse (119, 120) zumindest entspricht, am Hauptteil des Blockes (73) angelegt ist.
11. Flipflopschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung (-3VoIt) am Hauptteil des Blockes (73) über eine Induktivität (79) angelegt ist und daß ein Kondensator (78) in der Verbindung zwischen dem Hauptteil (73) und dem Zuführungspunkt (44) der Schreibimpulse (101, 102) liegt.
12. Flipflopschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß einem Transistor (11 oder 17) eine Diode (31 oder 57) zugeordnet ist, mit deren einer Elektrode der Kollektor (12 oder 18) des Transistors (11 oder 17) in Verbindung steht, während an die andere Elektrode der Diode (31 oder 57) ein Ausgabegatter angeschlossen ist.
13. Flipflopschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Diode (57 bzw. 31) mit ihrer einen Elektrode am Kollektor (18 oder 12) des anderen Transistors (17) zusätzlich angeschlossen ist, während an der anderen Elektrode der Diode (57 oder 31) ebenfalls ein weiteres Ausgabegatter liegt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 050 376.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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