DE1297150B - Schieberegister mit gesteuerten Siliziumdioden als Speicherelement - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Schieberegister mit Ein-Zustand befindlichen bistabilen Kippschaltung, gesteuerten Siliziumdioden als Speicherelement mit da- die aus Transistoren besteht, die mit der vorherzwischenliegenden, die Stufen des Registers verbinden- gehenden Stufe verbunden ist, und das Ausgangssignal den Koppelgliedern in Form logischer Schaltkreise. der im Aus-Zustand befindlichen bistabilen Kipp-Schieberegister sind in vielen Ausführungen bekannt- 5 schaltung, die mit der nachfolgenden Stufe verbunden geworden und werden vor allem in Datenverarbei- ist, zugeführt werden, um ein Signal zu erzeugen, das tungsanlagen zur kurzzeitigen Speicherung und zur als Übertragungssignal an die Übertragungseinrich-Stellenverschiebung von Ziffernwerten benützt. Sie tungen angelegt wird. Jedoch sind auch diese Schalfinden Verwendung im Steuerwerk, speziell im tungen für die Anwendung in modernsten Hoch-Adressenrechenwerk und in der arithmetischen Ein- io leistungscomputem ungeeignet, da sie sich für die bei heit sowie zum Ansteuern von Speichereinheiten. diesen Frequenzen erforderlichen Packungsdichten Diese Schieberegister sind aus einer Anzahl von der Bauelemente nicht eignen und außerdem auch bistabilen Kippschaltungen, die in Kettenformation nicht die erforderlichen Schaltgeschwindigkeiten erdurch Ubertragungsstuf en verbunden sind, zusammen- reichen.

gebaut. Ein Schiebeimpuls, der gleichzeitig an alle 15 Außerdem ist es bekannt, Schieberegister und Übertragungsstufen angelegt wird, verursacht das Zählschaltungen aus Glimmlampen, Thyratrons u. dgl. Schalten jeder bistabilen Kippschaltung, so daß deren herzustellen. Auch ist es bekannt, Zähl- und Schiebe-Zustand auf die nächsthöhere bistabile Kippschaltung register aus Vierschichthalbleiterelementen aufzuin der Kette übertragen wird. Informationen werden bauen. Ein derartiges Schieberegister ist in der deuthintereinander in die Stufe mit der niedrigsten Stellen- ao sehen Auslegeschrift 1092 707 beschrieben. Jede Wertigkeit der Kette eingegeben und hintereinander Registerstufe ist dabei aus einem Vierschichthalbleiteraus der Stufe mit der höchsten Stellenwertigkeit ent- element aufgebaut, das über einen Kollektorwidernommen. In der Wirkungsweise dieser Schieberegister stand mit allen anderen parallel an einer gemeinsamen unterscheidet man zwischen Eintakt-, Zweitakt- und getakteten Spannungsquelle liegt. Die Zündelektroden Mehrtakt-Schiebelinien. So ist z. B. durch die deut- 35 sind über einen Kondensator und einen Widerstand sehe Auslegeschrift 1 097 725 ein Schieberegister aus mit dem Kollektor der benachbarten Stufe und über Magnetkernen mit annähernd rechteckförmiger Hy- einen Kondensator und eine Diode mit einem gemeinstereseschleife und nur je zwei Wicklungen, bei dem samen Zündimpulsgeber verbunden, der jeweils nach die Ausgangswicklung jedes Magnetkerns jeweils mit Wiederkehr der getakteten Spannung den Zähler fortder Eingangswicklung des nächsten Magnetkerns über 30 schaltet.

einen richtungsabhängigen Widerstand in Reihe ge- Ein derartiger Aufbau eines Schieberegisters mit

schaltet ist, bekanntgeworden, das dadurch charak- SCR-Zellen weist jedoch erhebliche Nachteile auf.
terisiert ist, daß unmittelbar an die jeweils zwischen Dadurch, daß der Vierschichthalbleiter sehr hoch-

den Magnetkernen liegenden Wicklungen ein Schiebe- ohmig ist, schalten kapazitive Ströme auf der Anodenimpuls mit Impulsen abwechselnder Richtung ange- 35 leitung den SCR häufig ein, wenn es nicht gewünscht legt ist. Die Schaltgeschwindigkeit derartiger Magnet- ist.

kerne ist jedoch begrenzt, außerdem bringt die Ver- Mit anderen Worten, die Stabilität einer Registerbindung der Entkoppelungsglieder, die meistens aus stufe aus nur einem Vierschichthalbleiter läßt sehr zu Halbleiterbauelementen bestehen, Schwierigkeiten mit wünschen übrig. Außerdem hat der Aufbau dieser sich, die sich aus der verschiedenen Natur der ver- 40 Zelle den Nachteil, daß sie sich für die monolithische wendeten Bauelemente ergeben. Deshalb sind derartige Herstellung schlecht eignet, da sie außer den Widermagnetische Schieberegister in modernen Hoch- ständen noch Kondensatoren aufweist, die in der leistungs-Rechenanlagen wegen ihrer zu geringen monolithischen Technik sehr schlecht herzustellen Schaltgeschwindigkeit nicht mehr verwendbar. Durch sind. Hingegen ist es viel einfacher, ein aktives EIedie deutsche Patentschrift 1119 567 ist ein weiteres 45 ment, wie z. B. einen Transistor, herzustellen.
Gerät zur Speicherung von Informationen bekannt- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,

geworden, das eine Anzahl von hintereinander ange- ein Schieberegister mit extrem kurzen Schaltzeiten zu ordneten Speicherstufen enthält, deren jede ein schaffen, das sich besonders gut für die Herstellung bistabiles Speicherelement aufweist, das zur Speiche- in der Monolithtechnik eignet und welches ohne techrung eines Teils einer Information eingerichtet ist, 50 nische Schwierigkeiten und ohne technischen Aufdas dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen den wand an vorhandene logische Schaltkreise zum Be-Speicherstufen Einrichtungen zur Übertragung eines treiben des Schieberegisters ankoppeln läßt,
gespeicherten Informationsteils von jeder Speicher- Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht

stufe in die nächstfolgende und ferner eine Einrich- darin, daß pro Stufe des Registers zwei miteinander tung zur Einführung eines Informationsteils in die 55 gekoppelte bistabile, gesteuerte Siliziumdioden ange-Anfangsspeicherstufe, Einrichtungen zur Ablesung ordnet sind, die über Leitungen mit den zueinander eines gespeicherten Informationsteils aus der letzten inversen Ausgängen einer vom Takt gesteuerten Speicherstufe und Steuereinrichtungen vorgesehen bistabilen Kippschaltung und mit Und-Schaltungen, sind, die auf die Speicherung eines Teils in einer Stufe die mit den zueinander inversen Ausgängen der automatisch ansprechen, um die Übertragungseinrich- 60 bistabilen Kippschaltung und über einen Inverter mit tungen derart zu betätigen, daß der gespeicherte Teil dem Takt verbunden sind, über zwei weitere Leitundurch die Aufeinanderfolge von Stufen in diejenige gen verbunden sind.

der folgenden Stufen der Aufeinanderfolge vorge- Die Erfindung wird nun an Hand eines in den

rückt wird, die nicht bereits von einem Informa- Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher tionsteil besetzt ist. Die Übertragungseinrichtun- 65 erläutert. In den Zeichnungen bedeuten:
gen zur Erzeugung der Übertragungssignale wer- Fig. 1 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen

den dabei durch Und-Kreise gebildet, deren beiden Schieberegisters,
Eingängen gleichzeitig das Ausgangssignal der im F i g. 2 ein Impulsdiagramm, aus dem die Wirkung

der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ersichtlich wird.

Das Schieberegister 1 nach Fig. 1 enthält eine Mehrzahl von Stufen, von denen nur die ersten drei Stufen, nämlich 2/1, 2/2 und 2/3 zu sehen sind. Das Register 1 wird durch einen Steuerschaltkreis 3 gespeist. Dieser Steuerschaltkreis 3 enthält einen Impulsgeber 4, eine bistabile Kippschaltung 5, einen Inverter 6 und zwei nicht invertierende logische Und-Schaltkreise 7 und 8. Die vom Impulsgeber 4 gelieferten Impulse sind in der Fig. 2 zu sehen. Diese Impulse werden auf die beiden Eingänge der bistabilen Kippschaltung 5 und auf den Eingang des Inverters 6 gegeben. Die bistabile Kippschaltung 5 enthält die Eingangsschaltkreise 10 und 11 sowie die Transistoren 12,13,14 und 15. Die Basis- und Kollektor-Elektroden der Transistoren 13 und 15 sind über Kreuz gekoppelt und bewirken zwei stabile Zustände. In dem einen Zustand sind die Transistoren 12 und 13 leitend und die Transistoren 14 und 15 gesperrt, so In dem anderen Zustand sind die Transistoren 14 und 15 leitend und die Transistoren 12 und 13 gesperrt. Geschaltet wird die bistabile Kippschaltung 5 von jeder ins Negative gehenden Flanke der Taktimpulse. Diese ins Negative gehende Flanke wird zum Leitend- »5 machen der Transistoren 12 und 14 über den Kondensator 16 bzw. 17 und die entsprechenden Dioden 18 und 19 benützt. Wenn der Transistor 12 leitend ist und der Transistor 14 nicht leitend, dann liegt an Leitung 30 das Basispotential und an Leitung 31 das positive Potential. Wenn der Transistor 14 leitend und der Transistor 12 gesperrt ist, liegen die Ausgangssignale gerade umgekehrt. Die Ausgangsimpulse des Impulsgebers 4 werden weiterhin über den Inverter-Schaltkreis 6 invertiert und über die Dioden 34 bzw. 33 an die Und-Schaltkreise 7 und 8 geführt. Die Leitungen 30 und 31 sind mit den anderen Dioden 32 bzw. 35 der Schaltkreise 7 und 8 verbunden. Die Schaltkreise 7 und 8 enthalten außerdem Paare von Inverter-Schaltkreisen 36, 37 und 38, 39. Von den Kollektor-Elektroden der Inverter-Schaltkreise 37 bzw. 39 führen die Leitungen 40 und 41 zu den einzelnen Stufen des Registers 1.

Die Stufe 2/1 des Schieberregisters 1 enthält ein Paar gesteuerte Silizium-Dioden 50 und 51. Die Kathoden dieser gesteuerten Silizium-Dioden 50 und 51 sind verbunden mit den Leitungen 40 und 41, währenddem die Anoden über die Widerstände 53 und 54 auf positivem Potential + 6 Volt liegen. Die Steuerelektrode der steuerbaren Silizium-Diode 50 ist mit einem logischen Und-Schaltkreis 55 verbunden. Dieser Und-Schaltkreis 55 enthält die Eingangsdioden 56 und 57, den Widerstand 58, eine Koppeldiode 59 und den Widerstand 60. Die Diode 56 ist mit dem Dateneingang bei 61 verbunden und die Diode 57 mit der Leitung 30. Die Steuerelektrode der Silizium-Diode 51 ist mit einem Und-Schaltkreis 65 verbunden, welcher Eingangsdioden 66 und 67, eine Koppeldiode 68 und Widerstände 69 und 70 enthält. Die Diode 66 ist verbunden mit der Anode der Steuer- 6e baren Silizium-Diode 50 und die Diode 67 mit der Leitung 31. Die weiteren Stufen 2/2 und 2/3 sind genauso wie die Stufe 2/1 aufgebaut und mit den Speiseleitungen verbunden, so daß eine Beschreibung im Detail dieser Stufen entfallen kann. Zu bemerken wäre lediglich noch, daß die Kopplung einer Stufe mit der nächstfolgenden über Dioden 86 bzw. 111 erfolgt. Diese Dioden entsprechen der Diode 56, die mit dem Dateneingang bei 61 verbunden ist, nur mit dem Unterschied, daß die Dioden 86 bzw. 111 nicht mit dem Dateneingang verbunden sind, sondern mit der Anode der jeweils rechten steuerbaren Silizium-Diode der vorhergehenden Stufe. Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß die Kathoden aller gesteuerten Eingangs-Dioden 50, 80 und 105 von jeder Schieberregisterstufe 2/1, 2/2 und 2/3 mit der Leitung 40 verbunden sind. Weiterhin sind mit der Leitung 30 die Eingangsdioden 57, 87 und 112 der zu den gesteuerten Eingangsdioden 50, 80 und 105 gehörenden Und-Schaltkreise verbunden. Die Kathoden der gesteuerten Ausgangs-Silizium-Dioden 51, 81 und 106 der Stufen 2/1, 2/2 und 2/3 sind mit der Leitung 41 verbunden. Dasselbe gilt für die entsprechenden Widerstände und Dioden der nicht gezeigten Stufen des Registers 1. Weiterhin sind die Eingangsdioden 67, 97 und 122 der Und-Schaltkreise, die zu den gesteuerten Ausgangs-Silizium-Dioden 51, 81 und 106 gehören, mit der Leitung 31 verbunden. Entsprechendes gilt auch für die nicht in der Zeichnung ersichtlichen weiteren Stufen des Registers 1.

Die Wirkungsweise des Registers 1 und der Steuerschaltkreise 3 wird an Hand der in der F i g. 2 gezeigten Impulsdarstellung erklärt. Wie schon gesagt, erzeugt der Impulsgeber 4 eine Folge von Impulsen mit einer bestimmten Frequenz. Während eines gesamten Operationszyklusses des Registers 1 werden die Daten von einer Stufe des Registers zur nächsten Stufe transportiert. Dieser Operationszyklus des Registers 1 enthält zwei komplette Zyklen von Ausgangssignalen des Impulsgebers 4, die geteilt sind in 4 Zeitintervalle A, B, C und D (siehe Fig. 2). Jede ins Negative gehende Flanke der Taktimpulse schaltet die bistabile Kippschaltung 5 von einem Zustand in den anderen stabilen Zustand. Während eines Operationszyklusses des Registers 1 schaltet die bistabile Kippschaltung 5 vom Ausgangszustand in den anderen Zustand und danach wieder zurück in den Ausgangszustand. Daraus folgt, daß die komplementären Ausgänge der bistabilen Kippschaltung 5 als komplementäre Signale auf den Leitungen 30 bzw. 31 mit der halben Frequenz der Taktimpulse erscheinen (Fig. 2). Wenn das Ausgangssignal des Impulsgebers 4 auf dem positiven Niveau ist, dann liefert der Inverter 6 ein negatives Signal an die Dioden 33 und 34, wodurch die Inverter 36 und 38 gesperrt werden. Dadurch werden die nachgeschalteten Transistoren 37 und 39 erregt und ermöglichen somit das Wirksamwerden der gesteuerten Silizium-Dioden 50, 51, 80, 81 usw. Dies bedeutet, wenn ein Impuls des Impulsgebers 4 auf das negative Niveau geht, dann erzeugt der Inverter 6 ein positives Signal, das an die Dioden 33 und 34 gelangt. Wenn zu dieser Zeit die Leitung 30 ein positives Potential führt, wird der Transistor 36 leitend und der entsprechende nachgeschaltete Transistor 37 gesperrt und damit die Leitung 40 geöffnet. Wenn zu dieser Zeit eine der gesteuerten Silizium-Dioden 50, 80 oder 105 erregt ist, werden die Kathoden-Schaltkreise unterbrochen sein und die erregten gesteuerten Silizium-Dioden gehen in den nichtleitenden Zustand über.

Wenn zu dieser Zeit durch den Inverter 6 positive Signale zu den Dioden 33 und 34 gelangen, jedoch die Leitung 31 anstatt der Leitung 30 ein positives Potential führt, dann wird der Transistor 38 umgeschaltet, wodurch über den Transistor 39 die Leitung 41, die an den Kathodenschaltkreisen von den ge-

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steuerten Silizium-Dioden 51, 81 und 106 angeschlossen ist, unterbrochen. Die positiven Niveaus der Signale auf den Leitungen 40 und 41 (F i g. 2) zeigen die Rückstellzeit für die entsprechenden gesteuerten Silizium-Dioden 50, 80, 105 oder 51, 81 und 106.

Nach der F i g. 2 sind die Leitungen 40 und 41 während der Zykluszeiten A und C zum Speisen der gesperrten zusammengehörenden gesteuerten Silizium-Dioden 50, 80, 105 und 51, 81, 106 geöffnet. Während der Zykluszeiten B und D dienen die Leitungen 40 und 41 zum Schalten der entsprechenden gesteuerten Dioden 50, 80, 105 und 51, 81, 106 in ihren gesperrten oder in ihren leitenden Zustand in Abhängigkeit von dem Wert der Eingangssignale auf ihren Eingangsdioden 57, 87, 112 und 66, 96 und 121. Zu diesem Zweck ist die logische 1 und die logische 0, die die Datenbits darstellen, durch ein positives Signal und durch ein Signal auf dem Basisniveau dargestellt. Ein logisches 1-Bit an einer Eingangsdiode 57 während einer ao Zykluszeit B schaltet die gesteuerte Diode 50 ein und diese bleibt in diesem Zustand bis zum nächstfolgenden Teilzyklus A. Dabei ist zu bemerken, daß das Bit der logischen 1 nun invertiert ist und an der Anode der erregten gesteuerten Diode als Basispotential erscheint. Dieses invertierte Signal ist zu der Eingangsdiode 66 der gesteuerten Diode 51 geführt. Während der Zeit Z) eines Zyklusses wird ein positives Signal zu der Eingangsdiode 67 über die Leitung 31 geführt. Das Basispotential an der Diode 66 verhindert das Umschalten der gesteuerten Silizium-Dioden.

Das Signal der logischen 1 wird in nicht invertierter Form an der Anode von der gesteuerten Silizium-Diode 51 während der Zeit D eines Zyklusses abgenommen. Wenn die Eingangssignale an den Dioden 87 und 112 in ihrem relativen positiven Niveau zur Zeit D eines Zyklusses sind, dann werden die gesteuerten Dioden 80 und 105 in ihren leitenden Zustand versetzt. Während der Zeit D eines Zyklusses sind die gesteuerten Silizium-Dioden 81 und 106 gesperrt. Ein Signal, welches die logische 0 darstellt und während der Zeit B eines Zyklusses am Dateneingang 61 des Registers 1 auftritt, versetzt die gesteuerte Diode 50 in den gesperrten Zustand, und es kann an der Anode ein positives Potential abgegriffen werden. Wenn diese Datenbits von der gesteuerten Diode 50 zur gesteuerten Diode 51 während einer Zeit D eines Zyklusses übertragen werden, dann werden sie wieder invertiert. Wenn die Datensignale zu der Stufe 2/2 des Registers 1 übertragen werden, dann werden sie während der Zeiten B, C und D eines Zyklusses in invertierter Form gespeichert. Während der Zeit D (und während der Zeit A und B eines nächstfolgenden Zyklusses) werden sie in nicht invertierter Form in der gesteuerten Diode 81 gespeichert. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, werden beim Verschieben der Daten über die einzelnen Stufen des Registers 1 diese zuerst in invertierter Form und dann in der nicht invertierten Form in der ersten und zweiten gesteuerten Silizium-Diode einer jeden Stufe gespeichert.

Es ist vorteilhaft, die einzelnen genannten Bauteile jeder Stufe durch die Monolithtechnik auf einem einzelnen Transistoruntergrund herzustellen. Bei den in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten gesteuerten Halbleiterdioden handelt es sich um ein bistabiles Halbleiterbauelement mit wenigstens vier aufeinanderfolgenden Halbleiterzonen wechselnden Leitfähigkeitstyps, das mindestens bei einer Polarität von Anoden-Kathoden-Spannung und -Strom zwei Zustände, nämlich einen gesperrten und einen leitenden (Schaltrichtung) aufweist, die willkürlich ineinander überführbar sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schieberegister mit bistabilen gesteuerten Silizium-Dioden als Speicherelement, bei dem die einzelnen Stufen zur Speicherung eines Datenbits durch logische Schaltkreise gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß pro Stufe (2-1, 2-2, 2-3) des Registers (1) zwei miteinander gekoppelte bistabile gesteuerte Silizium-Dioden (z. B. 50, 51) angeordnet sind, die über Leitungen (30, 31) mit den zueinander inversen Ausgängen einer vom Takt (4) gesteuerten bistabilen Kippschaltung (5) und mit Und-Schaltungen (7, 8), die mit den zueinander inversen Ausgängen der bistabilen Kippschaltung (5) und über einen Inverter (6) mit dem Takt (4) verbunden sind, über zwei weitere Leitungen (40, 41) verbunden sind.

2. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelglied zwischen den Stufen (2-1, 2-2, 2-3) sowie als Koppelglied für ein Paar gesteuerter bistabiler Silizium-Dioden (50, 51) je ein gleichartig aufgebauter logischer Und-Schaltkreis angeordnet ist, daß die Steuerelektrode einer gesteuerten Silizium-Diode (z. B. 50) über den genannten logischen Und-Schaltkreis, der aus zwei Eingangsdioden (56, 57) mit zugehörigem Widerstand (58) und einer Koppeldiode (59) mit zugehörigem Widerstand (60) besteht, mit dem Ausgang (Anode) einer davorliegenden gesteuerten Silizium-Diode und mit einer der beiden genannten Leitungen (30 oder 31) verbunden sind.

3. Schieberegister nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Und-Schaltkreise (7 und 8), die von dem Inverter (6) und der bistabilen Kippschaltung (5) gespeist werden, über die Leitungen (40, 41) mit der Kathode je einer gesteuerten bistabilen Silizium-Diode pro Stufe des Registers verbunden sind.

4. Schieberegister nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe (2-1, 2-2, 2-3) des Registers (1) aus gleichartig aufgebauten im Monolithverfahren hergestellten Schaltkreisen besteht, denen ein Und-Schaltkreis, bestehend aus Dioden (56, 57 und 59), vorgeschaltet ist und die insbesondere an einem Transistorplättchen angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen