DE1762436C3 - Verknüpfungsschaltung in TTL-Technik - Google Patents

Description

gen anderer TTL-Schaltungen angesteuert werden, die vorzugsweise eine gemeinsame integrierte Schaltung bilden, und die Verknüpfu.igseingänge von außerhalb sind die Eingänge der integrierten Schaltung, die durch die höheren Signalspannungen anderer Schaltungen angesteuert werden können.

Damit können Bausteine in TTL-Technik auf einfache Weise in Systemen mit größeren Signalhüben verwendet werden, ohne die Vorteile der TTL-Technik. also insbesondere die kurze Umschaltzeit für beide Signalwerte und die einfache Realisierung einer gemeinsamen Schaltschwelle durch Einführung eines Zwischenpotentials, zu verlieren und ohne besondere Maßnahmen zur Verkleinerung des Hubes, die die Störsicherheit bezüglich des Umschaltpunktes beeinträchtigen würden, oder zur Vermeiduii« von positiven Störspannungen treffen zu müssen.

In der Zeitschrift »Electronics« vom 19.4.1965 ist auf S. 23 unter der Bezeichnung »Single-Phase SRT triggered Flip-Flop« eine Schaltung angegeben, bei der an den Kollektoren der Multi-Emitter-Transistoren Dioden angeschlossen sind. Diese Dioden führen auf ein dynamisches Triggerglied aus einem Widerstand, der an einen Vorbereitungseingang B bzw. F angeschlossen ist, sowie aus einem Kondensator, der an einen Auslöseeingang C bzw. E angeschlossen ist. An den Vorbereitungseingängen sind statische Signale ohne Wirkung, und für die Signalanderungen gelten die bereits beschriebenen Einschränkungen in entsprechender Weise. An dem Vorbereitungseingang wirkt sich ein Signal in keinem Fall direkt aus. Diese Schaltung ermöglicht also nicht den Betrieb einer TTL-Schaltung mit höheren Signalspannungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine TTL-Verknüpfungsschaltung,

F i g. 2 ein Speicher-Flipflop in TTL-Technik.

Die TTL-Verknüpfungsschaltung der F i g. 1 besteht aus dem eigentlichen Verknüpfungselement T₁, das aus einem Multi-Emitter-Transistor besteht, dessen Emitter die Eingänge E₂, E₃ bilden, und dem nachfolgenden Verstärkertransistor Γ.,. Die Anzahl der Eingänge kann auch noch größer sein. Die Basis des Transistors Γ, ist über den Widerstand R₁ mit der Speisespannung U_n verbunden, und der Kollektor führt auf die Basis des Verstärkertransistors T₂. dessen Emitter mit dem Grundpotentia! OV verbunden ist und dessen Kollektor den Ausgang der Schaltung darstellt und über den Arbeitswiderstand R., mit der Speisespannung U_n verbunden ist.

Der Eingang E₁ mit der Diode D₁ bleibe zunächst unberücksichtigt. Dann wird, solange einer der Eingänge E₁ oder E₂ niedriges Potential führt, der Transistor T₁ durchgeschaltet sein. Da der Kollektor keinen Arbeitswiderstand gegen die Spannung U_n besitzt, fließt im Emitter praktisch nur der durch den Widerstand R₁ bestimmte Basisstrom, und es ergibt sich für den Transistor T_x ein sehr kleiner Kollektor-Emittcr-Spannungsabfall, so daß die niedrigste Eingangsspannung auch an der Basis des Transistors T₂ liegt und diesen zunächst sperrt.

Sobald der letzte der Eingänge E₁, E₂ usw. auch auf ein positives Potential springt, sperren die Emitter-Basis-Strecken, die Kollektor-Basis-Diode des Transistors T₁ wird leitend, es fließt ein Basisstrom in den Transistor T₂ und schaltet diesen ein. Der Transistor T₁ arbeitet nun invers. d. h., der Kollektor arbeitet als Emitter, und die Emitter wirken als Kollektoren. Da die Stromverstärkung bei inversem Betrieb von Planartransistoren jedoch sehr gering ist, wird der Basisstrom des Transistors T₂ weitgehend durch den Widerstand R_x bestimmt, und es fließt in die als Kollektoren wirkenden Emitter nur ein geringer Strom hinein (von U_n gegen OV).

Wenn ein Eingang nun wieder niedriges Potential erhält, wird der Transistor T₁ damit wieder normalleitend, das niedrige Potential gelangt durch den Kollektor des Transistors T₁ an die Basis des Transistors To und sperrt diesen dadurch besonders schnell, daß die Basis-Speicherladung des Transistors T., durch den leitenden Transistor T₁ niederohmig über den betreffenden Emitter abgeführt wird.

Der Eingang E₁ führt nun über eine Diode auf den Kollektor des Multi-Emrtter-Transistors, wirkt jedoch ebenso wie einer der Eingänge E., oder E.,, wie folgende Überlegung zeigt: Die beiden Eingänge E., und ίο E., mögen hohes Potential führen. Wenn dann der Eingang E₁ ebenfalls hohes Potential führt, ist der Transistor T., eingeschaltet. Erhält der Eingang E₁ nun niedriges Potential (OF). so fließt nun der Kollektorstrom des Multi-Emitter-Transistors T₁ über die Diode D₁ ab, der Transistor T₂ wird gesperrt, wobei die Basisladung des Transistors T., über die leitende Diode D₁ ebenfalls niederohmig abgeführt und der Transistor T., damit schnell gesperrt wird. Wenn der Eingang E₁ nun wieder hohes Potential erhält, Hießt der Kollektorstrom des Multi-Emitter-Transistor T₁ wieder in die Basis des Transistors T., und schaltet diesen ein.

Der Eingang E₁ verhält sich also für die logische Funktion und die Schaltgeschwindigkeit den Eingängen E., und E₃ völlig gleich. Da die Diode D₁ aber in einer integrierten Schaltung als Kollektor-Basis-Diode ausgeführt werden kann, hat der Eingang E₁ eine wesentlich höhere Spannungsfestigkeit als die Emitter des Transistors T₁. Falls ein Gatter mehrere Eingänge hat, die von außerhalb des Bausteines angesteuert werden, können auch mehrere Dioden an den Kollektor des betreffenden Multi-Emitter-Transistors angeschlossen werden.

Die F i g. 2 zeigt eine Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme bei einem Speicher-FIipilop. Darin sind Q und (7 die normalerweise zueinander komplementären Ausgänge, S und R der Setz- bzw. der Rücksetzeingang des Flipflops. Die Emitter der beiden Ausgangstransistoren T₁ und T., sind auf eine durch die Dioden D^ und D₄ erzeugte Schwellspannung U_s bezogen, um für die Eingänge eine größere, genau gegebene Spannungsschwelle zu erhalten.

Als Ausgangszustand der Schaltung der F i g. 2 sei angenommen, daß der Transistor T., leitend sei. Dann liegt sein Kollektor und damit der Emitter des Transistors T., etwa auf dem Potential der Schwellspannung U_s. Da der Transistor T., somit leitend ist und nur einen kleinen Emitter-Kollektor-Spannungsabfall hat, ist der Transistor T₄ gesperrt, dessen Kollektor und damit der Emitter des Transistors T₁ positiv, und der Transistor T„ wird über den Widerstand R₁ und die Basis-Kollektor-Strecke leitend gehalten, solange der Eingang S ein positives Signal erhält oder offen ist. Wenn an den Eingang S aber ein niedriges Potential angelegt wird, wird der Transistor T₂ über die Diode D₁ gesperrt, das dadurch am Kollektor auftretende hohe Potential sperrt den Transistor T.,, wodurch der Transistor T₄ einschaltet unJ durch das

niedrige Ausgangspotential an Q der Transistor 7", einschaltet, der den Transistor 7'₂ gesperrt hält, wenn das niedrige Potential am Eingang S wieder verschwindet. Das Flipflop hat damit seinen Zustand durch das Anlegen eines niedrigen Potentials am Eingang S gewechselt. Ein entsprechender Vorgang läuft ab, wenn nun ein niedriges Potential an den Eingang R gelegt wird.

Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Schaltungen können natürlich auch mit PNP-Transistoren aufgebaut werden, wobei für die Eingangsdioden Anode und Kathode vertauscht werden müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. ι ²

   züglich Aufwand andere Gesichtspunkte als bei Schal-Patentansprüche: tungen, die aus diskreten Bauelementen hergestellt

   sind Insbesondere sind bei integrierten Schaltungen

   !.Verknüpfungsschaltung in TTL-Technik, bei allgemein Transistoren leicht herzustellen so daß der ein Verknüpfungsbaustein durch einen Multi- 5 Verknüpfungsschaltungen also gunstig durch Tran-Emitter-Transistor realisiert ist, dessen Basis über sistoren realis.ert werden. Line Standardschaltung einen Widerstand mit der Betriebsspannung und dieser Art ist z. B. die TTL-Techmk, bei der als Verdessen Kollektor mit der Basis eines weiteren knüpfungselement e.n Multi-Emitter-Trans.stor verTransistors in Emitterschaltung verbunden ist, wendet wird.

   dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß zur An- ίο Es ist allerdings em Nachteil dieser Technik daß passung der TTL-Schaltung an Schaltungen mit der zulässige Signalhub begrenzt ist durch die Basishöheren Signalspannungen, insbesondere DTL- Emitter-Durchbruchspannung, die wiederum durch Schaltungen, Verknüpfungseingänge von außer- das Herstellungsprinzip festliegt und praktisch fast halb der integrierten Schaltung über je eine Diode nicht beeinflußt werden kann. Bei Verwendung dieser direkt mit den Kollektoren der die internen Ver- 15 Schaltung innerhalb eines Bausteins kann der Signalknüpfungseingänge enthaltenden Multi-Emitter- hub zwar durch entsprechende Dimensionierung beTransistoren verbunden sind, wobei bei Verwen- grenzt werden, insbesondere, wenn der Multi-Emitterdung von npn-Transistoren die Kathoden, bei Transistor bzw. der diesem nachgeschaltete Transistor Verwendung von pnp-Transistoren die Anoden auf ein Zwischenpotential bezogen ist, das als gemeinder Dioden die Verknüpfungseingänge von außer- 20 samer Schwellwert für alle Eingangssignale wirkt. Die halb darstellen und der Emitter des weiteren Eingänge jedoch, die aus dem Baustein herausgeführt Transistors mit einer Spannungsschwelle verbun- sind, müssen zur Aufnahme des vollen Signalhubs den ist. eingerichtet sein, der insbesondere in einem System
2. 2. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 1, mit vorwiegend Diodengattern und bei Berücksichtidadurch gekennzeichnet, daß die Dioden als 25 gung der Toleranzen größer als die Emitter-Basis-Kollektor-Basis-Dioden ausgeführt sind. Durchbruchspannung sein kann. Weiterhin sind insbe-
3. 3. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 1 sondere bei positiver Signalspannung Störspannungen oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale zu beachten. Die positive Signalspannung kann statisch durch statische Spannungswerte dargestellt "sind. nicht höher sein als die Speisespannung, dagegen

   30 können kurzzeitig erheblich höhere Spannungsspitzen durch eingestreute Störsignale auftreten, wenn dieser Eingang über eine längere Leitung mit der Signalquelle verbunden ist. Außerdem ist eine Signalquelle, die allgemein durch einen Transistor in Emitterschal-35 tung gebildet wird, hochohmig beim Abgeben der positiven Signalspannung, so daß eingestreute Störsignale in diesem Fall wenig gedämpft werden. Be-

   Die Erfindung betrifft eine Verknüpfungsschaltung sonders durch solche Störsignale kann die Basisin TTL-Technik, bei der ein Verknüpfungsbaustein Emitter-Durchbruchspannung weit überschritten und durch einen Multi-Emitter-Transistor realisiert ist, 40 damit der Transistor zerstört werden,
   dessen Basis über einen Widerstand mit der Betriebs- In manchen Fällen ist es nun erwünscht, die TTL-

   spannung und dessen Kollektor mit der Basis eines Technik in bereits benutzten Systemen mit höherer weiteren Transistors in Emitterschaltung verbun- Betriebsspannung und damit höherem Signalhub doch den ist. verwenden zu können, da diese in anderer Hinsicht,

   Für die Realisierung von Verknüpfungsschaltungen 45 z. B. für geringe Signalverzögerung, sehr vorteilsind bisher viele Möglichkeiten bekanntgeworden, die haft ist.

   sich hauptsächlich durch Schaltgeschwindigkeit und Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

   technischen Aufwand unterscheiden. Gebräuchlich eine Verknüpfungsschaltung in TTL-Technik anzusind z. B. Verknüpfungsschaltungen, bei denen jeder geben, die höhere Eingang^spannungen als die der Verknüpfungseingang auf eine Diode führt und die 50 Basis-Emitter-Durchbruchspannung entsprechenden anderen Anschlüsse der Dioden miteinander verbun- verarbeiten kann und die daher beliebig in anderen den auf einen Arbeitswiderstand führen und den Bausteinsystemen mit höheren Signalspannungen verAusgang der Verknüpfungsschaltung bilden. Da je- wendet werden kann.

   docii die Dioden eine Spannungsverschiebung bewir- Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß zur

   ken und allgemein eine Verknüpfungsschaltung wieder 55 Anpassung der TTL-Schaltung an Schaltungen mit andere ansteuern soll, ist häufig jeder Verknüpfungs- höheren Signalspannungen, insbesondere DTL-Schalschaltung ein Transistor als Verstärker und Potential- tungen, Verknüpfungseingänge von außerhalb der regenerator nachgeschaltet. Aus Gründen der Sicher- integrierten Schaltung über je eine Diode direkt mit heit gegen Störsignale wird ein möglichst hoher den Kollektoren der die internen Verknüpfungsein-Signalhub verwendet und außerdem durch zusätzliche 60 gänge enthaltenden Multi-Emitter-Transistoren verDioden zwischen Verknüpfungsschaltung und folgen- bunden sind, wobei bei Verwendung von npn-Trandem Verstärker eine Ansprechschwelle erzeugt. Die sistoren die Kathoden, bei Verwendung von pnp-Betriebsspannung ist dann durch den Signalhub bc- Transistoren die Anoden der Dioden die Verknüpstimmt. fungseingänge von außerhalb darstellen und der

   Bei integrierten Schaltungen, die also auf einem 65 Emitter des weiteren Transistors mit einer Spannungs-Halbleiterscheibchen eine Schaltung mit allen Bau- schwelle verbunden ist. Als interne Verknüpfungselementen enthalten, die praktisch ausschließlich eingänge sind dabei diejenigen zu verstehen, die mit durch Diffusionsvorgänge hergestellt sind, gelten be- den niedrigeren Signalspannungen aus den Ausgän-