DE1807105A1 - Driver circuit for flip-flops - Google Patents
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Description
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HITACHIv LTDo, Tokio (Japan) Treiberschaltung für Flip-FlopsHITACHIv LTDo, Tokyo (Japan) Driver circuit for flip-flops
Die Erfindung bezieht sich auf eine Treiberschaltung zum Betreiben von Flip-Piopa, die aus Oberflächen-Feldeffekt-Transistoren bestehen.The invention relates to a driver circuit for operating flip-piopa, which consist of surface field effect transistors.
Es ist bereits der Versuch gemacht worden, Flip-Flops unter Verwendung von Schaltungen mit Oberflächen-Feldeffekt-Transistoren, wie beispielsweise Metall-Isolator~Halblclter-Feldeffekt-Transistoron, die im folgenden kurz als MIS-Transisto ren bezeichnet werden sollen« aufzubauen« Ein Beispiel für einen solchen Flip-Flop findet sich etwa in der USA-Patentschrift Nr. 3 36*3 115* Von Vorteil ist dabei, daß sich ein HIS-Transistor ohne weiteres in ein einziges halbleitendes Substrat integrieren IWt und daß aein Leistungsbedarf infolge der spannungsgesteuerten Bauart gering ist, Dementsprechend erweist eich auoh ein Flip-Flop, der unter Verwendung von MIS-Tranaistoren aufgebaut ist» als vorteilhaft.An attempt has already been made to create flip-flops using circuits with surface field effect transistors, such as, for example, metal insulator half-way field effect transistors, hereinafter referred to as MIS transistors for short ren should be called “build up” An example of such a flip-flop can be found in the USA patent No. 3 36 * 3 115 * The advantage here is that an HIS transistor can easily be integrated into a single semiconducting substrate integrate IWt and that a power requirement as a result of the voltage-controlled design is low. Accordingly, a flip-flop, which is constructed using MIS transistors, proves to be advantageous.
Bei Untersuchungen der Annelderln hat sich nun einerseits gezeigt, dafi oftmals beim Betrieb· derartiger Fllp-Flops, wie sie in der oben erwähnten USA-Patentsehrift beschrieben sind, ein fehlerhaftes Arbeiten su beobachten 1st, und andererseits.When investigating the Annelderln on the one hand has shown that often when operating such flip-flops as they are described in the above-mentioned USA patent memorandum, a faulty work see 1st, and on the other hand.
8l-(Pos. I5.76*)-DfE (O)8l- (Item I5.76 *) - DfE (O)
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daß dieses fehlerhafte Arbeiten auf eine ungewollte seitliche Beziehung sswischen einem ersten von einer Impulsquelle gelieferten Eingangssignalimpuls und einem zweiten die Invertierung des ersten Eingangssignalimpulses darstellenden Eingangsimp ils zurückzuführen isto Dieser Sachverhalt wird weiter unten unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher und im einseinen erläutert.that this faulty working on an undesired lateral relationship sswischen a first input signal pulse supplied by a pulse source and a second the inversion of the first input signal pulse representing input pulse This fact is explained below under Reference to the drawing explained in more detail and in one piece.
Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer Treiberschaltung, die ein fehlerhaftes Arbeiten eines aus Oberflächen-Feldeffekt-Transistoren bestehenden Plip-Plops verhindert, und weiter soll erfindungsgemäß ein transistorisierter Flip-Flop entstehen» der sich mit einer Spannungsquelle niedriger Spannung betreiben und ohne weiteres als in integrierter Schaltungstechnik aufgebauter Halbleiterkörper herstellen läßt.The aim of the invention is therefore to provide a driver circuit which prevents incorrect operation of a Plip-Plop consisting of surface field effect transistors, and a transistorized flip-flop is also intended according to the invention arise »which can be operated with a voltage source of low voltage and easily manufactured as a semiconductor body constructed using integrated circuit technology.
Für die nachstehende, der weiteren Erläuterung von Zielsetzung» Merkmalen und Vorteilen der Erfindung dienende Beschreibung wird auf die Zeichnung bezuggenommen; in dieser sind sFor the following description, which serves to further explain the objectives, features and advantages of the invention, reference is made to the drawing; in this are s
PIg. 1 und 10 Schaltbilder für jeweils aus Oberflächen-Feldeffekt-Transistoren bestehende Flip-Flops;PIg. 1 and 10 circuit diagrams for flip-flops each consisting of surface field effect transistors;
Fig· 2 eine Darstellung der bei diesen Flip-Flop* eingangsseitlg und auegangseeitig auftretenden Signalwellenformen;2 shows an illustration of the signal waveforms occurring on the input and output sides of this flip-flop *;
einen integrierten Halblelterkörpsr eingebauten Ober«an integrated half-parent body built-in upper "
flächen-Ftldftifekt-Transietoren und ein Ersatzschalt· 9Q8f28/5trsurface-Ftldftifekt-Transietoren and a substitute switch 9Q8f28 / 5tr
BADBATH
bild für einen in beiden Figuren innerhalb des durch gestrichelte Linien umrahmten Gebietes liegenden Triggerkreis;picture for one in both figures within the through dashed lines framed area lying trigger circle;
Flg. 5 eine Darstellung des Arbeitsbereichs eines Flip-Flops in Abhängigkeit von der Spannungsversorgung;Flg. 5 shows an illustration of the working range of a flip-flop as a function of the voltage supply;
Flg. 6 ein Schaltbild für eine übliche Treiberschaltung in Verbindung mit einem Flip-Flop;Flg. 6 is a circuit diagram for a conventional driver circuit in FIG Connection with a flip-flop;
Fig. 7 eine Darstellung der eingangeseltigen und der ausgangsseitigen Signalwellenformen für die Schaltung nach Fig. 6;FIG. 7 shows the input and output signal waveforms for the circuit of FIG Fig. 6;
Fig. 8 ein Schaltbild für eine Treiberschaltung gemäß einer ersten AusfUhrungsform der Erfindung In Verbindung mit einem Flip-Flop und8 shows a circuit diagram for a driver circuit according to a first embodiment of the invention in conjunction with a flip flop and
Fig. 9 eine Darstellung der eingangsseitigen und der ausgangsseltlgen Signalwellenformen für die Schaltung nach Fig« 8O Fig. 9 is an illustration of the input side and the ausgangsseltlgen signal waveforms for the circuit of Figure "8 O
Xn FIg« 1 1st eine übliche Flip-Flop-Schaltung dargestellt, die aus MIS-Transistoren besteht.Xn FIg «1 a conventional flip-flop circuit is shown, which consists of MIS transistors.
Bei einer solchen Flip-Flop-Schaltung wird die Gate-Kapazität der MIS-Transistoren zeitweilig als Speicherelement ausgenutzt, so daß man eine Binärzählung erzielen kann. Eine solche Flip-Flop-Schaltung ist einem Üblichen, aus bipolaren Transistoren bestehenden binären Flip-Flop-Zähler insofern weit überlegen, als sie mit einer wesentlich geringeren Anzahl an benötigten Bauelementen auskommt. Ein weiterer Vorteil einer derartigenIn such a flip-flop circuit, the gate capacitance of the MIS transistors is temporarily used as a storage element, so that a binary count can be achieved. Such Flip-flop circuit is far superior to a conventional binary flip-flop counter consisting of bipolar transistors in that than it gets by with a significantly lower number of required components. Another advantage of such
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ORiGJNAL INSPECTEDORiGJNAL INSPECTED
Flip-Flop-Sohaltung liegt darin, daß ihre Herstellung in Form eines in integrierter Schaltungsteehnik ausgeführten HalbleiterkOrpers wesentlich erleichtert 1st« da sie aus MIS-Translstoren besteht, die sich dazu besser eignen als alle anderen Transistoren.Flip-flops are made in shape a semiconductor body implemented in integrated circuit technology is much easier because it is made from MIS translators that are better suited to this than any other transistors.
In Flg. 1 bezeichnen die Bezugssymbole T1 und T5 Inverter-MXS-Translstoren und die Bezugssymbole Tg und T10 Last-MIS-Translstoren, deren Drain-Elektroden jeweils über eine Anschluß« klemme P mit einer Oleichspannungsquelle (Spannung VDD) verbunden sind. Die Bezugssymbole T^ und Tg gehören zu Sperr-MIS-Translstoren, deren Oate-Elektroden jeweils mit einer Eingangs» klemme E für die Zuführung eines ersten Eingangeimpulses verbunden sind. Die Bezugssymbole T* und T7 beziehen sieh auf Spelcher-MXS-Transistoren, die jeweils auf die Erzeugung eines Speiohereffektes mit Hilfe ihrer Gate-Kapazitäten C1 bzw. C2 eingerichtet sind, und die Bezugssymbole T2 und Tg bezeichnen Trigger-MXS-Translstoren, deren Oate-Elektroden jeweils mit einer zweiten Eingangsklemme E* für die Zuführung eines zweiten Elngangsinipulse· verbunden sind»In Flg. 1 denote the reference symbols T 1 and T 5 inverter MXS translators and the reference symbols Tg and T 10 load MIS translators, the drain electrodes of which are each connected via a terminal P to a DC voltage source (voltage V DD ). The reference symbols T ^ and Tg belong to blocking MIS translators, the Oate electrodes of which are each connected to an input terminal E for the supply of a first input pulse. The reference symbols T * and T 7 refer to Spelcher MXS transistors, which are each set up to generate a memory effect with the aid of their gate capacitances C 1 and C 2 , and the reference symbols T 2 and Tg denote trigger MXS- Translator, the Oate electrodes of which are each connected to a second input terminal E * for the supply of a second input pulse · »
Durch Anlegen von um l8o° gegeneinander phasenverschobenen Eingangeimpulsen, wie sie in den Zeilen b und a in Flg. 2 veranschaulicht sind, an die erste bzw. an die zweite Eingangeklemme E bzw. E* in Fig. 1 kann man an Ausgangsklemmen A bzw. Av Ausgangsimpulse erhalten, deren Folgefrequenz halb so groß ist wie die Folgefrequenz der Eingangeimpulse, wie dies in den Zellen d bzw. c in Flg. 2 veranschaulicht 1st. Ein Flip-Flop nach Art der Schaltung von Flg. 1 ist also zu einer binären Zählung imstande, und demzufolge kann man jeden beliebigen Zähler, jedesBy applying input pulses that are phase-shifted by 180 ° from one another, as shown in lines b and a in Flg. 2 are illustrated, at the first and the second input terminal E or E * in FIG. 1, output pulses can be obtained at output terminals A and A v , the repetition frequency of which is half as large as the repetition frequency of the input pulses, as shown in FIG Cells d and c in Flg. 2 illustrates 1st. A flip-flop like the circuit of Flg. So 1 is capable of binary counting, and consequently you can use any numerator, any
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-S--S-
beliebig« Schieberegister u.dgl. duroh Zusammenschalten derartiger Fllp-Fftop« tfri 9in9T FMp-Flop-Kette aufbauen«arbitrary «shift registers and the like by interconnecting such a Fllp-Fftop« build up tfri 9in9T FMp-Flop chain «
Tür den Vertuen Jedoch, einen «olohen Flip-Flop in For» einer in integrierter 8ohaltungsteohnlk ausgeführten Halbleiter· anordnung aufzubauen, 1st ea «ehr wesentlich, dal Man dafür sorgt, daJ der leistungsversehr auf ein Minimun reduziert wird. Dies 1st Jedooh gleichbedeutend alt* der Forderung, daf der Flip-Flop auch dann noeh aufriedenstellend arbeitet, wenn dl« ' Spannung VU*. der Speieeepannungsquelle niedrig liegt«Tür den Vertuen However, an "olohen flip-flop in For" a semiconductor implemented in an integrated holding part Establishing an arrangement is more essential than that ensures that the loss of performance is reduced to a minimum. This is equivalent to old * the requirement that the Flip-flop works satisfactorily even if the Voltage VU *. the supply voltage source is low "
Xst dl« Spannung V00 der Speisespannungsquelle niedrig» so wird auch der die MIS-Tranalstoren in leitenden Zustand durohflieflende StroM herabgesetzt, und danlt vermindert sieh der Lelstungsversenr in de« Flip-Flop selbst· Dies 1st insofern von Vorteil, al· nan dadurch einen Temperaturanstieg in der in integrierter Schaltungsteohnik ausgeführten Halbleiterschaltung verhindern kann« Wird eine Kette von derartigen Flip-Flops in \ ;Xst dl «Voltage V 00 of the supply voltage source low», the current flowing through the MIS transistors in the conductive state is also reduced, and then the power supply in the «flip-flop itself» is reduced. This is an advantage as a result Can prevent temperature rise in the semiconductor circuit implemented in integrated circuit technology «If a chain of such flip-flops in \;
•inen einsigen halbleitenden Substrat integriert, so 1st es erforderlich, den Lelstungsversehr auf «in Mlninun abzusenken, um I eine unxulllealge WMmeeneugung au verhüten* da die MIS-Tranai- ' stören in einen solchen «inzigen halbleitenden Substrat Mit j hoher Diohte Busantengepaokt sind· Zur Erfüllung dieser Forderung sollt« sich der Flip-Flop daher nit einer niedrigen Speisespannung betreiben lassen«• inen einsigen semiconducting substrate integrated so it 1st necessary to lower the Lelstungsversehr to "in Mlninun to I a unxulllealge WMmeeneugung prevent au * since the MIS Tranai- 'interfere in such a" inzigen semiconducting substrate with j high Diohte Busantengepaokt are · To meet this requirement, "the flip-flop should therefore not be able to be operated with a low supply voltage"
Auf der anderen Seite hat der oben beschriebene Flip-Flop Insofern einen Naohteil, als die Eingangslnpulaspannung Vg sun Betreiben der Sperr-MIS-Transisfcoren T^ und Tj-, ho h sein muä,On the other hand, the flip-flop described above has Inasmuch as the input pulse voltage Vg sun Operation of the blocking MIS transistors T ^ and Tj-, ho h be muä,
·) 0 9 8 2b/ 1529·) 0 9 8 2b / 1529
BADBATH
Dies bedeutet*.dad naohtelligerwelse die Oate-Spannung für 8p>rr-MI3-Tran«iatoren % und Tn gegenüber einea Bezugspotential» die sum überführen dieser Transistoren In den leitenden Zustand erforderlich 1st und In folgenden als Sohwellenspannung bezeichnet werden soll, mehr als das Zwelfaone (beispielsweise -1? Volt) der Sohwellenepannung (von belspielsweis· -6 Volt) für die Speioher-MIS-Tranaiatoren T* und T» betragen «uf, da die Source«Elektroden der Sperr-MIS-TranslstorenThis means * .dad the Oate voltage naohtelligerwelse for 8p> rr-MI3 Tran "iatoren% and T n over Onea reference potential" more than sum of these transistors Transfer to the conducting state required 1st and will be referred to hereinafter as Sohwellenspannung, the level (for example -1? volt) of the voltage waveform (from example -6 volts) for the storage MIS transformers T * and T "are" uf, since the source electrodes of the blocking MIS translators und Tq alt den Gate-Blektroden der Spelcher-Mie-Translstorenand Tq alt the gate electrodes of the Spelcher-Mie translators
Der arund dafür liegt darin« daß, da die p-leitenden Berelohe 32 und 42 (91g· 3)» welche die Souroe-Blektroden S der Translatoren T« und T^ bilden, und die p-leitenden Bereiche yy und 4>* welche die Drain-Elektroden D dieser Transistoren bilden, integral in einen elnslgen halbleitenden Substrat ?1 aus n-leltenden Silizlun ausgebildet sind und das halbleitende Substrat y\ Ui der In Fig. 3 gezeigten Welse Über ein« AnschluSklenne O2 alt «Ins» Besugspotentlal, wie etwa den Brdpotential« verbunden 1st, die 8ohwellenspannungen der Transistoren T^ (oder T2) und Tg (oder T^), deren Souroe*Bl*ktroden S nicht unmittelbar alt 4en Besugspotential verbunden sind, durch das halbleitende Substrat 31 in der Weise beeinflußt werden, dafl sie heber werden als die des Transistors T, (oder T7), wie dies aus Fig· 3 und su ersehen ist. Bnpirlseh IKSt sieh selgen, dafl die Sohwellenspannung In wesentlichen proportional su der Quadratwurzel aus der umgekehrten Spannung zwischen den halbleitenden Substrat und der jeweiligen Source-Elektrode S zunimmt. Demzufolge werdenThe reason for this lies in the fact that the p-conducting Berelohe 32 and 42 (91g · 3) 'which form the souroe electrodes S of the translators T' and T ', and the p-conducting areas yy and 4> * which the drain electrode D forming these transistors integrally in a elnslgen semiconducting substrate? 1 are formed of n-leltenden Silizlun and the semiconducting substrate y \ Ui of catfish shown in Fig. 3 through a "AnschluSklenne O2 old," ins "Besugspotentlal, How about the Brdpotential is connected, the ohmic wave voltages of the transistors T ^ (or T 2 ) and Tg (or T ^), whose source electrodes S are not directly connected to the absorption potential, through the semiconducting substrate 31 in this way can be influenced so that they are higher than that of the transistor T 1 (or T 7 ), as can be seen from FIG. 3 and below. Bnpirlse IKSt see that the threshold voltage increases essentially proportionally to the square root of the inverse voltage between the semiconducting substrate and the respective source electrode S. As a result, will
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1807 TOB1807 TOB
die Schwellenspannungen des Sperr-MIS-Transistors T^ (oder 1 durch das Substrat 51 so beeinflußt, daß sie etwas mehr als das Zweifache der Schwellenspannung des Speioher-NIS-Transistors T« (oder T7) betragen, dessen Source-Elektrode unmittelbar mit dem Bezugspotential verbunden 1st, wie dies oben beschrieben 1st.the threshold voltages of the blocking MIS transistor T ^ (or 1 influenced by the substrate 51 so that they are slightly more than twice the threshold voltage of the storage NIS transistor T «(or T 7 ), whose source electrode is directly with it connected to the reference potential, as described above.
im Gegensatz dazu werden, die Schwellenspannungen der Trigger* MIS-Transiatoren Tg und Tg durch das Substrat 31 nicht beeinflußt und nehmen einen niedrigen Wert (von beispielsweise -6 Volt) an, da der Einschaltvorgang, bei dem der Trigger^MIS-Translstor Tg oder Tg leitend wird, lediglich auf den Fall begrenzt ist, in dem der Speioher-MIS-Traneistor T, oder T7 leitend wird, obwohl die Source-Elektroden der MIS-Traneistoren Tg und Tg über den Strompfad zwischen den Source-Elektroden und den Drain-Elektroden der Speicher-MIS-Transietoren T, und T7 mit dem Bezugspotential verbunden sind· Dementsprechend wird die zur Gewinnung des zweiten Elngangsimpulses erforderliche Spannung Vg niedriger als die zur Gewinnung des ersten Eingangslmpulses erforderliche Spannung Vg (Vg beträgt beispielsweise den halben Wert der Spannung Vg).In contrast, the threshold voltages of the trigger * MIS transiators Tg and Tg are not influenced by the substrate 31 and assume a low value (for example -6 volts) because the switch-on process in which the trigger ^ MIS translator Tg or Tg becomes conductive, is limited only to the case in which the storage MIS transistor T, or T 7 becomes conductive, although the source electrodes of the MIS transistor Tg and Tg via the current path between the source electrodes and the drain -Electrodes of the storage MIS transit gates T, and T 7 are connected to the reference potential Vg).
Aus den obigen Darlegungen läßt sich ersehen, daß der oben beschriebene übliche Flip-Flop insofern von Nachteil 1st, als zwar die Elngangsimpulsspannung Vg niedrig sein kann, die Blngangslmpulsepannung Vg dagegen hoch sein muß.From the above it can be seen that the The usual flip-flop described above is disadvantageous in that than although the input pulse voltage Vg may be low, the On the other hand, the initial pulse voltage Vg must be high.
Dementsprechend hat man, um einen solchen Flip-Flop mit einer niedrigen Eingangsimpulsspannung Vg betreiben zu können,Accordingly, in order to be able to operate such a flip-flop with a low input pulse voltage Vg, in üblicher Weise den Versuch gemacht, vor dem Flip-Flop 2 •inen Inverter 1 anzubringen und die Sperr-MIS-Transistorenmade the attempt in the usual way, in front of the flip-flop 2 • inen inverter 1 and the blocking MIS transistors
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■ ι■ ι
• -■- · _ ORiQINALlNSPECTED '• - ■ - · _ ORiQINALlNSPECTED '
und Tg durch das Ausgangesignal dieses Inverters betreiben lassen, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist. Die Anordnung nach Fig. 6 ist so aufgebaut, daß dann, wenn eine niedrige Impuleepannung 7„ als Eingangssignal an den Inverter I angelegt wird, der mit einer Speisespannungsquelle fUr eine hohe Spannung V00 verbunden 1st« an einer Ausgangsklemme A1 eine hohe Spannung Vg für den Betrieb der Sperr-MIS-Tranelstoren T^ und Tg erhalten wird.and operate Tg by the output of this inverter as shown in FIG. The arrangement according to FIG. 6 is constructed in such a way that when a low pulse voltage 7 "is applied as an input signal to the inverter I, which is connected to a supply voltage source for a high voltage V 00 ", a high voltage Vg is applied to an output terminal A 1 for the operation of the locking MIS-Tranelstoren T ^ and Tg is obtained.
Bei Untersuchungen der Anmelderin hat sich jedoch gezeigt, daß bei dieser üblichen Methode zum Betreiben eines Flip-Flops die Möglichkeit besteht, daß der Inverter-Transistor T20 in den Inverter 1 eine im folgenden näher erläuterte falsche Arbeltsweise des Flip-Flops 2 verursachen kann.Investigations by the applicant have shown, however, that with this customary method of operating a flip-flop there is the possibility that the inverter transistor T 20 in the inverter 1 can cause the flip-flop 2 to operate incorrectly, which is explained in more detail below.
Durch Anlegen einer Impuleepannung v*B, wie sie in der Zelle a in Fig. 7 dargestellt ist, an die Eingangeklemme E1 des Inverters 1 wird eine Invertierte Impuleepannung Vg erzeugt, in der für die ansteigenden und die abfallenden Teile des Impulses eine Verzögerung auftritt, wie dies in der Zeile b in Pig.7 veranschaulicht ist. Die Anstiegszeit oder der Anstiegszeltabsohnltt zwischen einem Zeitpunkt tj, zu dem der Inverter-Transistor Tg0 ausgeschaltet 1st, und einem Zeitpunkt tg, zu dem dieser Transistor eingeschaltet 1st, hängt von dem ProduktBy applying a pulse voltage v * B , as shown in cell a in Fig. 7, to the input terminal E 1 of the inverter 1, an inverted pulse voltage Vg is generated in which a delay occurs for the rising and falling parts of the pulse as illustrated in line b in Pig. 7. The rise time or rise time between a time tj at which the inverter transistor Tg 0 is turned off and a time tg at which this transistor is turned on depends on the product aus dem Widerstand des Inverter-Transistors T20 In eingeschaltetem Zustand und der Bingangskapazität des Flip-Flops 2 bzw ο der sich daraus ergebenden Zeitkonstante ab. Diese Anstiegszeit 1st so groß, daß der Sperr-MIS-Tranfeiator T^ (oder Tg)from the resistance of the inverter transistor T 20 I n the on mode and the Bingangskapazität the flip-flop 2 or the time constant resulting from ο. This rise time is so great that the locking MIS tranfeiator T ^ (or Tg) dann, wenn die Spannung V- stärker negativ ist als die Schwellen«when the voltage V- is more negative than the thresholds «
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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
«!ί!Η-!|ι!>Ιίϊ !IS= ρίξρ,ιΐ!«! Ί! Η-! | Ι!> Ιίϊ! IS = ρίξρ, ιΐ!
spannung B01 des Sperr-MIS-Transistors T4 (To), dasu neigt, während B^ 2^f* tQff (vgl. Flg. 7) gleichseitig alt den Trlgger-MIS-Transistor T2 (oder Tg) gu arbeiten* wodurch sich eine fehlerhaft· Arbeltewelse ergibt*voltage B 01 of the blocking MIS transistor T 4 (To), dasu tends, while B ^ 2 ^ f * t Qff (see. Flg. 7) work at the same time old the Trlgger MIS transistor T 2 (or Tg) gu * which results in a faulty Arbeltewelse *
Die·· Arbeltswels· soll nun an Hand von Flg. 7 näher untersucht werden. Dasu sei angenommen, dai in dem Zeltpunkt t1 die , Trigger-MIS-Transistoren T2 und Tg in den leitenden Zustand Übergehen· so dafl sich dl· Zustund· der Inverter-IUB-Transietoren T1 und T5 umkehren. Geht dabei dar Xhverter-MXS-Translstor T- aus dea nichtleitenden Zustand In den leitenden Zustand über, so bedeutet dies» dafl der Xnverter-MXS-Translstor T1 durch das Leitendwerden der Trlgger-m8-Traneletoren T2 und Tg la Zeltpunkt tj aus dem leitenden Zustand in den nichtleitenden Zustand umgeschaltet wird. Wurden nun dl· SperT-MIS-Transietoren T^ und Tq la Zeltpunkt t1 augenblicklich abgeschaltet* so schadete dies der normalen Arbeitsweise des Flip-Flop· nicht· Da die Sperr-MIS-Transistoren fy und Tq Jedoch infolge dar Yersogerung der Signalspannung Vg während des Zeitabschnitt· tQff in eingeschaltetem Zustand gehalten werden» liegt dl· Drain-SpannungThe ·· Arbeltswels · should now be based on Flg. 7 should be examined in more detail. Dasu Assume dai in the tent point t 1, trigger MIS transistors T 2 and T g in the conductive state transitioning · · dl then Zustund DAFL · the inverter-IUB Transietoren T 1 and T 5 reverse. If the Xhverter-MXS-Translstor T- changes from the non-conductive state to the conductive state, this means that the Xnverter-MXS-Translstor T 1 is switched off by the Trlgger-m8-Transformer T 2 and Tg la tent point tj becoming conductive is switched from the conductive state to the non-conductive state. If the locking MIS transistors T ^ and Tq la tent point t 1 were now switched off * this did not damage the normal operation of the flip-flop are kept in the switched-on state during the time segment · t Qff »is dl · drain voltage
(d.h. dl· Spannung la ausgeschalteten Zustand) für den Inverterco(i.e. dl * voltage la switched off state) for the Inverterco
^MIS-Transistor T1 während die··· Zeitabschnitt« tA#M, Ober den^ MIS transistor T 1 during the ··· time segment «t A # M , over the ^Spfrr-MIS-Transistor Tj| an der Gate-llektrode des Speicher-KI8- ^ Transietors T* an« so dal dieser Transistor augenblicklich (^eingeschaltet wird« Auf der anderen Seite befindet sich der »Trigger-MIS-Transistor T2 In diesea Zeitpunkt in leitendem Zustand· Demsufolge geht d»r ItaTfr|er-|ae-Traneistor T1 wieder vom niohtleitenden in den leitenden Zustand über* Das bedeutet aber, daß der Iwrerter-Ilis-Transis^or T, la Zeitpunkt t1 vom^ Spfrr MIS transistor Tj | at the gate llektrode the memory KI8- ^ Transietors T * to "so dal this transistor is turned on instantly (^" On the other side there is the "trigger MIS transistor T 2 In theseA time in the conducting state · Demsufolge goes the ItaTfr | er | ae transistor T 1 again from the non-conductive to the conductive state via * This means, however, that the Iwrerter-Ilis transistor T, la time t 1 from
leitenden in den nichtleitenden Zustand überführt wird» jedoch la Zeitpunkt t^ wieder in den leitenden Zustand zurückkehrt, woraus eine fehlerhafte. Arbeltswelse des Flip-Flops resultiert.conductive to non-conductive state »however la time t ^ returns to the conductive state, from which a faulty. Arbeltswelse of the flip-flop results.
Als Ergebnis einer solchen fehlerhaften Arbeitsweise wird der Arbeitsbereich des Flip-Flops hinsichtlich der Speisespannung verringert. Flg. 5 veranschaulicht den Arbeitsbereich 10 des Flip-Flops 2, wobei dieser Arbeitsbereich durch die schraffierten Linien angedeutet ist und die Speisespannung Vg0 für den Flip-Flop 2 entlang der horizontalen Achse und die Speisespannung V00 fUr den Inverter 1 entlang der vertikalen Achse aufgetragen sind.As a result of such an incorrect operation, the operating range of the flip-flop in terms of the supply voltage is reduced. Flg. 5 illustrates the work area 10 of the flip-flop 2, this work area being indicated by the hatched lines and the supply voltage Vg 0 for the flip-flop 2 along the horizontal axis and the supply voltage V 00 for the inverter 1 along the vertical axis .
Wie man aus Fig. 5 ersieht« 1st der ftir die Spannung V00 wählbare Bereich begrenzt, wenn die Spannung Vj30 beispielsweise niedriger 1st als -25 VoIt9 und das Arbeiten des Flip-Flops 2 hört auf, wenn die Spannung V00 hotter wird« Der Grund dafür liegt darin« dafl durch eine Zunahme der Spannung V00 der Pegel für die Ausgangsspannung Vg des Inverters 1 auf den Wert -E'2 sunlmmt, wie dies in der Zeile b in Fig« 7 in gestrichelten Linien veranschaulicht 1st, so dafl sich der Zeitabschnitt toff In der durch das Beiugasynbol t'off (tj proportional t,) angedeuteten Welse ausdehnt und so dl· Möglichkeit einer falschen Arbeitsweise vergrößert· Dies bedeutet umgekehrt, dai die Spannung Vjp nicht niedriger gemacht werden kann als bis su einem bestimmten durch die Besiehung su der Spannung Vg0 festgelegten Grenzwert, falls dl· Spannung V00 niedriger liegt als beispielsweise -35 Volt.As can be seen from Fig. 5, the selectable range for the voltage V 00 is limited when the voltage Vj 30 is lower than -25 VoIt 9, for example, and the operation of the flip-flop 2 stops when the voltage V 00 becomes hotter "the reason for this is" DAFL sunlmmt therein by an increase in the voltage V 00 of the level for the output voltage Vg of the inverter 1 to the value -E '2 as b in the line in Figure "7 illustrates in dotted lines 1st, so that the time segment t off in the catfish indicated by the addition synbol t ' off (tj proportional to t,) expands and thus increases the possibility of incorrect operation. This means, conversely, that the voltage Vjp cannot be made lower than up to one point determined by the definition su of the voltage Vg 0 limit value, if dl * voltage V 00 is lower than, for example, -35 volts.
"ORiGiNAL INSPECTED"ORiGiNAL INSPECTED
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die auf Grund des !tastendes ausgeführt wurden» daß das für den Obergang eines Speicher-MIS-Transistors vom leitenden in den nichtleitenden Zustand nach Anlegen einer Impuleepannung an den Sperr-MIS-Transistor erforderliche Zeitintervall größer ist als das für den übergang eines Trlgger-MXS-Transistors von gesperrten in den leitenden Zustand erforderliche ZeItIntervall, und kennzeichnend für die Erfindung ist» daß die Trigger-MIS-Transistoren durch das Ausgangesignal eines aus MIS-Transistoren bestehenden Inverters betrieben werden und daß die Eingänge der Sperr-MIS-Traneistoren mit denen des Inverters sueammengeschaltet werden.which were carried out on the basis of the! the transition of a memory MIS transistor from the conductive in the non-conductive state after applying a pulse voltage the time interval required to the blocking MIS transistor is larger is than that for the transition of a Trlgger MXS transistor from locked time interval required in the conductive state, and it is characteristic of the invention that the trigger MIS transistors are triggered by the output signal of one of the MIS transistors existing inverters are operated and that the inputs of the blocking MIS transistor transistors are combined with those of the inverter.
Ih der nachstehenden Beschreibung wird die Erfindung des besseren Verständnisses halber noch weiter erläutert·Ih the following description is the invention of Explained further for the sake of better understanding
In Pig. 8 ist eine Ausftthrungsfor» der Erfindung veranschaulicht* wobei Bauelemente, die denen von Pig. 6 entsprechen, mit den gleichen Besugssywbolen wie in dieser Figur bezeichnet sind. ErfindungsgenäS ist ein zusätzlicher Inverter 3 vorgesehen, der einen Inverter-MIS-Traneistor T50 und einen Last-HIS-Translstor T,^ aufweist. Eine Ausgangskleane Ag des Inverters iat mit den Oate-Elektroden der Trigger-MIS-Translstoren T2 und Tg des Flip-Flops 2 verbunden, und die Gate-Elektroden der Sperr-MIS-Traneistoren T^ und Tg des Flip-Flops sind an die Eingangsklenae E2 des Inverters 3 angeschlossen.In Pig. Figure 8 illustrates one embodiment of the invention, wherein components similar to those of Pig. 6 correspond, are denoted by the same Besugssywbolen as in this figure. According to the invention, an additional inverter 3 is provided which has an inverter MIS transistor T 50 and a load HIS translator T, ^. An output Kleane Ag of the inverter iat connected to the Oate electrodes of the trigger MIS translators T 2 and Tg of the flip-flop 2, and the gate electrodes of the blocking MIS transistor transistors T ^ and Tg of the flip-flop are connected to the Input terminals E 2 of the inverter 3 connected.
Als nächstes soll die Arbeltsweise der Erfindung näher erläutert werden. Der Einfachheit der Darstellung halber sei angenoamen, daß an der Eingangsklemme E2 des Inverters 3 undNext, the mode of operation of the invention will be explained in more detail. For the sake of simplicity of illustration, it should be assumed that at the input terminal E 2 of the inverter 3 and an der Elnganeskletne E für die Sperr-Transistoren T> und Toat the Elnganeskletne E for the blocking transistors T> and To
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j gu ι ι waj gu ι ι wa
eine vollkommen rechteckfurmige Spannung V_ auftritt, wie sie in Fig. 9 in «fe£* Zeile b veranschaulicht ist« Diese Impuls« spannung V^ wird durch den luvorter 3 umgekehrt und verengert, so daß man an der Ausgangsklemmen Ag des Inverters 3 ©ine Signal« spannung Vg erhält, wie sie in Fig» 9 la der Zeile a ¥transehau·= licht ist« Die investierte Sign&lspannung Vg wird den Trigger-MXS-Traneietoren Tg und Tg als Eingangssignal zugeführt· a perfectly square-shaped voltage V_ occurs, as it is illustrated in Fig. 9 in line b Signal "voltage Vg received as it is in Fig. 9la of the line a ¥ transehau · = light" The invested signal voltage Vg is fed to the trigger MXS traneietors T g and Tg as an input signal.
Es sei angenommen, daß der InvGrter«MIS«Transi8tor T, des Plip-Plops 2 zuieohen den Zeitpunkten tj und tg in Fig« 9 eingeschaltet und daher der Inverter-HIS^Transistor Te des Flip»Flops 2 in dieseia Zeitintervall ausgeschaltet ist· Dann entsteht an der Drain-Elektroäe des Inverfeer-MIS-Transiators Tr eine Spannung Vp, und die Drain-Elektrode des Xnverter-ltlS-Transistors T« wird auf einem BeKUgspotential gehalten« Zu diesem Zeitpunkt wird, da die Sperr-HIS-Transistoren T^ und Tg leiten, die Drain-Spannung V0 des Xhverter-MIS-Traneietore T1 in der Gate-Kapazität Cg des Speieher~MIS»Transistors T« gespaichert, wodurch dieser Transistor eingeschaltet wird» AuSer« dem wird die Gate-Spannung für- den Sp^icher-MIS-TranslBtor T-auf Null reduziert. Nachdem die Sperr«MIS-Transietoren Tj^ und Tg im Zeitpunkt tg abgeschaltet sind, werden die Trigg@r~MIS» Transistoren Tg und Tg im Zeitpunkt, t^ eingeschaltet. Auf diese Weise kann es bei einer solchen Anordnung nicht ku einem solchen Fehlverhalten kommen, wi© es bei der üblichen Anordnung su beobachten ist (vgl«, Fig. 7 Zeilen a und to).It is assumed that the inverter HIS transistor T 1 of the flip-flop 2 is switched on at the times tj and tg in FIG. 9 and therefore the inverter HIS transistor Te of the flip-flop 2 is switched off in this time interval a voltage Vp arises at the drain electrode of the inverter MIS transistor Tr, and the drain electrode of the inverter-ltlS transistor T "is kept at a BeKUgspotential" At this point in time, since the blocking HIS transistors T ^ and Tg conduct, the drain voltage V 0 of the Xhverter-MIS-Traneietore T 1 stored in the gate capacitance Cg of the storage ~ MIS "transistor T", whereby this transistor is switched on "Besides" the gate voltage for- the memory MIS translator T reduced to zero. After the blocking "MIS transit gates Tj ^ and Tg are switched off at time t g , the Trigg @ r ~ MIS" transistors T g and Tg are switched on at time t ^. In this way it can in such an arrangement does not come ku such misconduct, wi © is watch it below in the usual arrangement (see "Fig. 7 lines a and to).
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BAO ORIGINALBAO ORIGINAL
Zwischen den Zeitpunkten t, und t^ oind die Trigger~MIS~ Transistoren Tg und Tg eingeschaltet, so daß der Inverter-MIS-Translstor T- eingeechaltct wird, während der lnverter«MIS-Translstor T1 dureh das Leitendwerden der Transistoren IV und Tj leitend wird. Auf diese Weise werden die Zustände der Inverter-MXS~Traneistoren T1 und T5 durch die den Trlgger~MIS-Transistoren T2 und Tg sugefUhrte Iinpulsspannung ?E umgekehrt.Between times t, and t ^ the trigger ~ MIS ~ transistors Tg and Tg oind turned on, so that the inverter MIS Translstor T is eingeechaltct while the inverter "MIS Translstor T dureh 1, Conduction of the transistors IV and Tj becomes conductive. In this way, the states of the inverter MXS transistor transistors T 1 and T 5 are suggested by the pulse voltage introduced into the carrier MIS transistors T 2 and Tg? E vice versa.
Di· Trlgger-MIS-Translstören T2 und Tg befinden eich zwischen den Zeitpunkten t^ und t- immer noch in leitendem Zustand, und im Zeitpunkt t^ wird an den Sperr-MTS-Transistor T^ (und an den f Sperr-HIS-Transistor Tg) die Impulsspannung V£ angelegt und schaltet diesen ein· Dementsprechend könnte man vermuten, daß die Möglichkeit besteht, daß der Speloher-MIS-Transistor T, eingeschaltet wird, während der Speicher-MIS-Transiator T7 abgeschaltet ist« Jedoch wird der Zeitabschnitt zwischen dem Zeitpunkt, in den die Impulsspannung V£ tatsächlich an der Eingangsklemme E anliegt, bis tu dem Zeitpunkt, In dem der Speicher-MIS-Transistor T, eingeschaltet wird (die Summe der Zeitabschnitte, die zum Einschalten des Sperr-MIS-Transistore T^ und des Speicher-MIS-The Trlgger MIS translators T 2 and Tg are still in the conductive state between the times t ^ and t-, and at the time t ^ the blocking MTS transistor T ^ (and the f blocking HIS -Transistor Tg) the pulse voltage V £ is applied and switches it on. Accordingly, one could assume that there is a possibility that the Speloher MIS transistor T is switched on while the memory MIS transistor T 7 is switched off the time interval between the time at which the pulse voltage V £ is actually applied to the input terminal E until the time at which the memory MIS transistor T is switched on (the sum of the time intervals required to switch on the locking MIS- Transistore T ^ and the memory MIS Transistors T, erforderlich sind), grüßer als der in Fig. 9 veranschaulichte Zeltintervall toff, so daß der Speicher-MIS-Transistor T5 eingeschaltet und der Speicher=MIS-Transistor T» abgeschaltet wird, nachdem die Trigger-MIS-Transistoren T2 undTransistor T, are required), greater than the time interval t off illustrated in FIG. 9, so that the memory MIS transistor T 5 is switched on and the memory = MIS transistor T »is switched off after the trigger MIS transistors T. 2 and Tg sum Zeitpunkt te abgeschaltet sind. Dementsprechend gibt es keine fehlerhafte Betriebsweise, bei der der Trigger-MIS-Transistor T2 und der Speicher-WS-Transistor T, zwischen den Zeitpunkten ti und'tc gleichzeitig eingeschaltet wären«Tg sum time te are switched off. Accordingly, there is no faulty mode of operation in which the trigger MIS transistor T 2 and the memory WS transistor T 1 would be switched on simultaneously between the times ti and tc «
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Die Erfindung IaBt sich daher mit Forteil in-dem Fällen einsetzen, in denen eine Flip°Flop-Kette aus einer· Vielzahl von Flip-Flops 2 aufgebaut werden solle Bei einer solchen Flip-Flop-Kette ist es erforderlich, daß die an der Ausgangsklemme Äp The invention can therefore be used with advantage in cases in which a flip-flop chain is to be constructed from a multiplicity of flip-flops 2 Ä p
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eines Flip-Flops 2 verfügbare AuBgangsimpulsspniinung V*E zwischen aufeinanderfolgenden Flip-Flop-Stufon In eine hohe Impulsspannung Vg umgewandelt wird, da der anschließende Flip-Flop durch diese Ausgangsimpulsspannung betrieben werden muß. Zur Erfüllung dieser Forderung ist jeweils »wischen einer ersten Flip-Flop-Stufe und einer dieser folgenden zweiten Flip-Flop-Stufe ein Inverter 1 und der erflndungsgemUBe Inverter 3 vorzusehen. Die so entstehende Fllp-Plop-Kette läßt sieh mit einem geringeren Wert für die Speisespannung VDD für den Flip-Flop befriedigend betreiben» als dies bei ' ^ einer üblichen Anordnung der Fall 1st, wie man aus Fig. 5 ersehen kann. Daraus ergibt sich ohne weiteres« daß durch die Erfindung der Leistungsverzehr in der Fllp-Flop~Kette herabgesetzt werden kann und daß sich die Flip-Flops ohne weiteres in integrierter Schaltungsteohnik aufbauen lassen«A flip-flop 2 available output pulse voltage V * E between successive flip-flop stages is converted into a high pulse voltage Vg, since the subsequent flip-flop must be operated by this output pulse voltage. To meet this requirement, an inverter 1 and the inverter 3 according to the invention must be provided between a first flip-flop stage and one of these following second flip-flop stages. The resulting flip-plop chain can be operated satisfactorily with a lower value for the supply voltage V DD for the flip-flop than is the case with a conventional arrangement, as can be seen from FIG. From this it follows without further ado "that the power consumption in the flip-flop chain can be reduced by the invention and that the flip-flops can easily be built in integrated circuit technology"
Zusammenfassend ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Sperr=MIS-Translstoren des Flip-Flops mit der Eingangsimpulsspannung des Inverters und die Trlgger-MIS-Transistoren des Flip-Flops mit der Ausgangsimpulsspannung des Inverters ä betrieben werden. Selbstverständlich läßt sich die Erfindung auch auf Flip-Flops 2 anwenden, die einen einzigen Trigger-MXS-Transistor Ta 2 verwenden, wie dies in Flg. 10 dargestellt Ist»In summary, the invention is characterized in that the locking = MIS Translstoren the flip-flop to the input pulse voltage of the inverter and the Trlgger MIS transistors of the flip-flops are driven by the output pulse voltage of the inverter like. Of course, the invention can also be applied to flip-flops 2 that use a single trigger MXS transistor T a 2 , as shown in FIG. 10 is shown »
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