DE1814213C3 - J-K-Master-Slave-Flipflop - Google Patents
J-K-Master-Slave-FlipflopInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein /-/C-Master-Slave-Flipflop
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Eine Master-Flipflop-Schaltung und eine Slave-Flipflop-Schaltung, die ein /-/C-Master-Slave-FIipflop bilden, benötigen jeweils einen ersten und einen zweiten
Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps, die jeweils einen Setz- und Rücksetz-Eingangskreis bilden, einen
dritten Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps für den Flipflop-Betrieb als Antwort auf Ausgangssignale
aus dem ersten und zweiten Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps, und einen Vorspannungskreis, der
dem ersten und zweiten Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps ein Referenzpotential liefert, um die
ersten und zweiten Logikschaltkreis logische Operationen ausführen zu lassen, jedoch erfordert ein solcher
unabhängiger Vorspannungskreis eine größere Anzahl von Schaltelementen, so daß nicht allein die Schaltung
kompliziert wird, sondern auch der Energieverbrauch zunimmt Eine große Anzahl von Schaltungskomponenten ist insbesondere nachteilig, wenn Flipflop-Kreise bei
integrierten Schaltungen verwendet werden sollen.
Aus der DE-AS 12 55 715 sind Flipflop-Schaltungen bekannt, die aus Logikschaltkreisen aufgebaut sind, bei
denen die zwei zueinander komplementären Ausgangssignale stets zurückgekoppelt werden, um gänzlich
allein als logische Eingangssignale für /-^-Funktionen zu dienen, jedoch nicht als Referenzspannungen
verwendet werden.
Aus der US-PS 33 51 778 ist ein spezielles /-K-Flipflop bekannt, das ein Trigger-Konzept verwendet, bei
dem die Rückflanke eines Impulses zur Triggering dient, um Signalrauschen zu verhindern. Die vorgeschlagene Schaltung vereinfacht ein /-/C-FIipflop beträchtlich, das zur Triggerung die Rückflanke eines Impulses
ίο verwendet, wobei die komplementären Ausgangssignale ebenfalls nicht als Referenzspannungen dienen.
Aus »Der Elektroniker«, 6. Jahrgang, Nr. 2, März 1967, Seiten 108, 109 ist ein Master-Slave-Flipflop
bekannt, das eine Diodenlogik verwendet und nicht vom is /-K-Typist
Aus »IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES«, Dezember 1964, Seiten 556 bis 558 ist ein
/-K-Master-Slave-Flipflop bekannt, das RTL-Schaltkreise verwendet und keine Referenzspannungen
erforderlich macht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes /-K-Master-Slave-Flipflop des Stromschaltungstyps zu schaffen, das von selbst eine
entsprechende Referenzspannung erzeugt, ohne daß ein unabhängiger Vorspannungskreis notwendig ist und das
einen einfachen Aufbau aufweist und einen geringeren Stromverbrauch hat und insbesondere für die Verwendung bei integrierten Schaltungen geeignet ist
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches
gelöst
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein unabhängiger Vorspannungskreis zur Erzeugung eines Referenzpotentials
nicht erforderlich ist und dadurch eine große Anzahl von Schaltungskomponenten eingespart wird, so daß
ein einfacher Schaltungsaufbau erzielt wird, der den Energieverbrauch weiter absenkt
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sind nachstehend anhand zweier in der Zeichnung
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 das Prinzip eines /-/C-Master-SIave-Flipflops
in einem Schaltungsdiagramm entsprechend der Erfin-■»5 dung,
F i g. 2 Kurvenverläufe zum Prinzip des in F i g. 1 dargestellten Flipflops,
Fig.3 ein Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung und
Fig.4 ein Schaltungsdiagramm eines modifizierten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Master-Slave-Flipflop schematisch
dargestellt, das aus einem innerhalb eines gestrichelten Rechtecks liegenden Master-Flipflop 11, das die
Eingänge /und K aufweist und einem Slave-Flipflop 12 besteht, das mit den Ausgängen des Flipflops 11
zusammengeschaltet ist Auf die Eingänge J und K sind
zusammen mit einem Taktimpuls Cp jeweils NAND-Glieder 13 und 14 im Master-Flipflop U geschaltet.
Ferner liegt jeweils als dritter Eingang der jeweilige Ausgang Qs und Qs der NOR-Glieder 15 und 16 des
Slave-Flipflops 12 an den NAND-Gliedern 13 und 14 an, deren Ausgänge jeweils als Eingänge für NOR-Glieder
17 und 18 neben einem jeweiligen Setz-Eingang 5 und μ einem Rücksstz-Eingang R dienen, während ihre
Ausgänge Qm und Qm auf die NOR-Glieder 18 und 17 zurückgekoppelt werden und ebenfalls als Eingänge
jeweils an NOR-Gliedern 19 und 20 des Slave-Flipflops
12 anliegen. An den NOR-Gliedern 19 und 20 liegt ebenfalls der Taktimpuls Cp an, und ihre Ausgänge sind
jeweils auf die Eingänge der_NOR-Glieder 15 und 16 geschaltet, deren Ausgänge Qs und Qs jeweils auf die
NOR-Glieder 16 und 15 zurückgeführt sind.
In Fig. 2_ist der Verlauf der an_den Eingängen/Ausgängen J, K, Cp, Qm, Qm, Qsund Qs jeweils anliegenden
Signale in ihrer gegenseitigen Beziehung dargestellt. Im
folgenden wird die Arbeitsweise des in F i g. 1 dargestellten Flipflops mit Bezug auf F i g. 2 erläutert
Zunächst wird davon ausgegangen, daß J=K=Cp=»H« (für hohes potential) Qm=Qs=»L«
(für niedriges Potential) und Qm—Qs=»H«, in anderen
Worten sowohl das Master-Flipflop 11 a!s auch das Slave-Flipflop 12 sindjn ihrem Rücksetz-Zustand. Wenn
sich der Taktimpuls Cp in dem Zustand I gemäß F i g. 2 ändert, dann wird im Rücksetz-Zustand das NAND-Glied 14 ein Ausgangssignal hervorrufen, das auf das
NOR-Glied 18 gekoppelt wird, so daß dadurch das Ausgangssignal Qm in einen Zustand »H« geschaltet
wird. Infolge des Umschaltens des Ausgangsr-'gnals des
NOR-Gliedes 18_ in den Zustand »H« wird das Ausgangssignal Qm des NOR-Gliedes 17 in einen
Zustand »L« geschaltet, so daß das Master-Flipflop 11
gesetzt wird.
Zur gIeichen_Zeit wird aufgrund des Umschaltens des
Taktimpulses Cp vom Zustand »L« in den Zustand »H« das Ausgangssignal Qs des NOR-Gliedes 16 im
Slave-Flipflop 12 vom Zustand »L« in den Zustand »H« infolge des Ausgangssignals des NOR-Gliedes 20
geschaltet, und zur selben Zeit wird das Ausgangssignal Qs des NOR-Gliedes 15 vom Zustand »H« in den
Zustand »L« geschaltet Auf diese Weise wird das Slave-Flipflop 12 zurückgesetzt
Das Ausgangssignal Qsdes Slave-Flipflops 12 wird an
das NAND-Glied 13 des Master-Flipflops 11 geliefert während das Ausgangssignal Qsan das NAND-Glied 14
angelegt wird. Trotzdem verbleibt das Master-Flipflop in dem Setr-Zustand. Wenn sogar_ das Signal / in den
Zustand »H« und der Taktimpuls Cp in den Zustand »L« gemäß dem in Fig.2 gezeigten Zustand II wechseln,
dann ergibt sich keine Änderung im Schaltzustand des Flipflops. _
Wenn weiter das Signal K in den Zustand »L« und der
Taktimpuls Cp in den nach F i g. 2 gezeigten Zustand III
wechselt, dann geht zuerst das Master-Flipflop 11 in seinen Rücksetz-Zustand, und zwar auf die gleiche
Weise, wie bei der oben beschriebenen Setz-pperation, und dann erst wechsel! der Taktimpuls Cp in den
Zustand »H«, um auf diese Weise gleichzeitig das Slave-Flipfop 12 zurückzusetzen. Dieser Zustand bleibt
so lange erhalten, bis der Taktimpuls Cp einen in F i g. 2 gezeigten Zustand V erreicht. Wenn also der Taktimpuls
Cp in den Zustand V gebracht wird, dann nimmt das Signal Qs einen Wert »L« und das Signal Qs einen Wert
»H« an. Demgemäß wird eine Setz-Operation auf die gleiche Weise ausgeführt, als wenn der Taktimpuls Cp
im Zustand I wäre. Wenn der Taktimpuls in den Zustand VI gebracht wird, dann^ nimmt das Signal Qs einen Wert
»H« und das Signal Qs einen Wert »L« an. Auf diese
Weise wird die Rücksetz-Operation auf dte gleiche Weise durchgeführt, als wenn der Taktimpuls Cp sich im
Zustand III befände.
Die in Fig. 1 gezeigten NAND-Glieder und NOR-Glieder repräsentieren Logikschaltkreise, die jeweils
NAND- und NOR-Op?-:ationen für bestimmte Eingangssignale durchführen, aber nicht immmer dieselben
Operationen für irgendwelche unbestimmten
Eingangssignale ausführen, dieser Umstand wird anhand der erfindungsgemäßen Ausbildungsbeispie'ie
weiter unten erläutert
In Fig.3 ist ein Master-Flipflop gezeigt, das einen
ersten, zweiten und dritten Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps zeigt Der erste Logikschaltkreis,
der an der Eingangsseite eines noch später zu beschreibenden Flipflops angeschlossen ist, umfaßt drei
Transistoren 101,102 und 103 und drei Widerstände 104,
ίο 105 und 106. Dabei bilden die Transistoren 101 und 102
ein UN D-Eingangsglied, wie der ganze erste Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps einen UN D-Eingang bildet An der Basiselektrode des Transistors^ 101
liegt ein in Fig.2 gezeigtes Eingangssignal / an,
während an der Basiselektrode des Transistors 102 ein Taktimpuls Cp anliegt An der Basiselektrode des
Transistors 103 liegt ein invertiertes Ausgangssignal Qs vom Slave-Flipflop an. Der zweite Logikschaltkreis des
Stromschaltungstyps auf der Rückset^ceite des Flipflops
ist identisch zum ersten Logikschaltia eis aufgebaut und
enthält Transistoren 107,108 und 109 und Widerstände 110, 111 und 112. Die Transistoren 107 und 108 bilden
wieder ein UN D-Eingangsglied, wie der ganze zweite Logikschaltkreis einen UN D-Eingang bildet An der
Basiselektrode des Transistors 107 liegt ein Eingangssignal K an, während an der Basiselektrode des
Transistors 108 der Taktimpuls Cp und an der Basiselektrode des Transistors 109 das Ausgangssignal
Qsvom Slave-Flipflop anliegt
jo Der dritte Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps
liefert die Flipflop-Operation. Dieser Schaltkreis schließt Widerstände 104 und 110 ein, die ebenfalls
jeweils im ersten und zweiten Logikschaltkreis enthalten sind. Neben diesen Widerständen umfaßt der dritte
Logikschaltkreis Transistoren 113,114,115 und 116 und
Widerstände 117, 118 und 119. Von zusammengeschalteten Kollektorelektroden der Transistoren 113 und 114
wird über einen aus einer Diode 120, einem Transistor 121 und einem Widerstand 122 gebildeten Emitterfolger
ein invertiertes Ausgangssignal ($m vom Master-Flipflop geliefert Dabei dient die Diode 120 als ein
Spannungsbegrenzer für die Basis des Transistors 121, wenn der Strom über den Widerstand 104 zu den beiden
Transistoren 103 und 114 fließt. Ein npn-Transistor,
dessen Kollektor und Basis zusammengeschaltet sind,
kann ebenfalls als Diode 120 verwendet werden. Die hervorgerufenen invertierten Ausgangssignale Qm
liegen an der Basiselektrode des Transistors 116 an. Auf ähnliche Weise wird ein Ausgangssignal Qm des
so Master-Flipflops von den zusammengeschalteten Kollektorelektroden der Transistoren 115 und 116 über
einen anderen aus einer Diode 123, einem Transistor 124 und einem Widerstand 125 gebildeten Emitterfolger
geliefert. Die Ausgangssignale Qm liegen an der
Basiselektrode des Transistors 114 an. Die Ausgangssignale Qm und Qm werden ebenfalls an das noch zu
beschreibende Slave-Flipflop geliefert Um das aus dem dritten Logikschaltkreis gebildete Flipflop ohne Verwendung irgendeines Taktimpulses unabhängig zu
setzen und rüekzusetzen, werden an die Basis des
signale Ä geliefert.
hi Weise wie das Master-Flipflop aufgebaut und enthält
einen ersten, zweiten und dritten Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps.
Der erste Logikschaltkreis auf der Setz-Seite des
Slave-Flipflops umfaßt Transistoren 201 und 202 und
Widerstände 203, 204 und 2OS. An der Basiselektrode des Transistors 201 liegen die invertierten Ausgangssignale
Qm vom Master-Flipflop an, während an der Basiselektrode des Transistors 203 die Taktimpulse Cp
anliegen. Auf ähnliche Weise ist der zweite Logikschaltkreis auf der Rücksetz-Seite des Slave-Flipflops durch
Transistoren 206 und 207 und Widerstände 208,209 und 210 aufgebaut. An der Basiselektrode des Transistors
206 liegen die Ausgangssignale Qm vom Master-Flipflop an, während an cter Basiselektrode des Transistors
207 die Taktimpulse Cpanliegen.
Der dritte Logikschaltkreis, der die Flipflop-Schaltung
umfaßt, schließt Transistoren 211 und 212 und Widerstände 213, 214 und 215 neben Widerständen 203
und 208 ein, die ebenfalls jeweils in dem ersten und zweiten Logikschaltkreis enthalten sind, und liefert die
Flipflop-Operationen.
Von der Kollektor-Elektrode des Transistors 211 werden über einen aus einer Diode 216, einem
Transistor 217 und einem Widerstand 218_gebildeten Emitterfolger invertierte Ausgangssignale Qs geliefert,
die auch an der Basiselektrode des Transistors 212 anliegen. Ein aus einem Transistor 219 und einem
Widerstand 220 bestehender Emitterfolger liefert invertierte Ausgangssignale Q Jes /-/C-Master-Slave-Flipflops
nach diesem Ausführungsbeispiel, wobei die Ausgangssignale Q und Qs identisch sind. Von der
Kollektor-Elektrode des Transistors 212 werden über einen aus einer Diode 221, einem Transistor 222 und
einem Widerstand 223 gebildeten Emitterfolger Ausgangssignale Qs geliefert, die ebenfalls an der
Basiselektrode des Transistors 211 anliegen. Darüber hinaus liefert ein aus einem Transistor 224 und einem
Widerstand 225 bestehender Emitterfolger Ausgangssignale Q des /-K-Master-Slave-Flipflops dieses Ausführungsbeispiels.
Dabei werden die Ausgangssignale Qs und Qs vom Slave-Flipflop an die jeweiligen
UND-Eingangsglieder des Master-Flipflops geliefert.
Die Arbeitsweise des in F i g. 3 dargestellten J-K-Master-Slave-FIipflops
wird nun mit Bezug auf die verschiedenen in Fig. 2 gezeigten Kurvenverläufe erläutert. _ _
Es sei nun angenommen, claß J=K = Cp=»H« und
<?m = (?s=»L« und Qm = Qs=»H«, d.h., daß das
Master-Flipflop und das Slave-Flipflop jeweils in ihrem
Rücksetz-Zustand sind. Unter diesen Bedingungen befindet sich der Transistor 116 im Master-Flipflop in
seinem eingeschalteten Zustand und der Transistor 212 im Slave-Flipflop ebenfalls in seinem eingeschalteten
Zustand. Wenn der Taktimpuls den in F i g. 2 gezeigten Zustand I annimmt, dann wird der bisher über
Transistor 102 geflossene Strom auf den über Transistor 103 fließenden Strom zugeschaltet, so daß am
Widerstand 105 ein Spannungsabfall hervorgerufen wird, wodurch das invertierte Ausgangssignal Qm einen
Zustand »L« annimmt. Infolgedessen wird der Transistor 116 gesperrt, um den Transistor 114 durch positive
Rückkopplung leitend werden zu lassen, so daß der durch den Transistor 116 fließende Strom zu dem durch
den Transistor 114 fließenden Strom geschaltet wird. Auf diese Weise wird das Master-Flipflop rückgesetzL
Zu dieser Zeit befindet sich das Basispotential des Transistors 202 im Slave-Flipflop im Zustand »L«,
während das des Transistors 201 vom Zustand »H« in den Zustand »L« wechselt Aufgrund des Widerstandes
204 fließt jedoch fast der ganze über den Widerstand
205 kommende Strom über den Transistor 201 weiter, so
daß sich das invertierte Ausgangssignal Qs nicht ändert Auf der anderen Seite wechselt das Basispotential an
Transistor 206 vom Zustand »L« in den Zustand »H«, se daß der über den Widerstand 210 kommende Strorr
nunmehr über den Transistor 206 fließt. Da jedoch dei
Strom bisher über den Transistor 212 floß, wird siel
wieder nicht das Ausgangssignal Qs ändern. Zu diesen Zeitpunkt wird, wenn der Taktimpuls vom Zustand »L<
in den Zustand »H« wechselt, im Master-Flipflop dei bisher über den Transistor 103 fließende Stron
aufgrund des Widerstandes 105 auf den Transistor io;
umgeschaltet, trotzdem sich das Basispotential dci Transistors 103 im Zustand »H« befindet. Da Stron
über den Transistor 114 fließt, ändert sich jcüoch nicii
π das Ausgangssignal Qm und das invertierte Ausgangs
signal Qm.
Im Slave-Flipflop ist jedoch, wenn das Basispotentia des Transistors 202 den Zustand >U/<
angenommen iiai das Basispoiential des Transistors 201 im Zustand »L«
so daß der bisher über den Transistor 201 kommend! Strom auf den Transistor 202 umgeschaltet wird, so dal
das invertierte Ausgangssignal Qs den Zustand »L< annehmen wird. Auf der anderen Seite befindet sich da:
Basispotential des Transistors 206 im Zustand »H«, unc
r> wenn der Taktimpuls Cp den Zustand »H« annimmt dann wird das Basispotential des Transistors 20i
eb'.Tifalls den Zustand »H« annehmen. )°doch wire
aufgrund des Widerstandes 209 der über den Wider stand 210 kommende Strom über den Transistor 206 in
so wesentlichen umgeleitet. Aufgrund der positiven Rück
kopplung dieser Schaltschleife nimmt aas Ausgangssi
gnal Qs den Zustand »H« an, um das Slave-Flipflop zi
setzen.
Das Ausgangssignal Qs vom Slave-Flipflop versetz
Ji das Basispotential des Transistors 109 vom Master-Fli
pflop in den Zustand »H«, da aber das Baispotential des Transistors 108 sich ebenfalls im Zustand »H« befindet
wird der über den Widerstand 112 fließende Strorr aufgrund des Widerstandes 111 weiter über der
•<o Transistor 108 fließen. Auf die gleiche Weise wird dei
Zustand des Master-Flipflops nicht geändert, obwoh das invertierte Ausgangssignal Qs den Transistor 103
sperrt, da fast der ganze über den Widerstand 1Oi kommende Strom über den Transistor 102 geflossen ist
■>5 Wenn das Eingangssignal / in den Zustand »H«
wechselt, dann wird der Transistor 101 zu diesem Zeitpunkt eingeschaltet, da sich jedoch der Transistor
102 ebenfalls im eingeschalteten Zustand befindet, wird
der Zustand des Master-Flipflops in keiner Weise
beeinflußt. _
Wenn der Taktimpuls Cp den in F i g. 2 gezeigten Zustand II annimmt, wird im Master-Flipflop keine
stromschaltende Operation hervorgerufen, da /=K=»H« ist Ebenfalls ändert sich das invertierte
ίί Ausgangssignal Qs im Slave-Flipflop nicht, wenn der
Taktimpuls Cp einen_Zustand »L« annimmt, denn unier
einer Bedingung Qnj=»L« wird der Strom vom
Transistor 202 auf den Transistor 201 umgeschaltet, da ein Strom über den Transistor 211 fließt Da sich das
«n Basispotential des Transistors 206 im Zustand »H«
befindet, liefert dieser Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps keine stromschaltende Operation, so daß das
Slave-Flipflop seinen Zustand nicht ändert.
Wenn der Taktimpuls Cp den in Fig.2 gezeigten
<·? Zustand HI annimmt, dann wird das /-/C-Master-SIave-Flipflop
auf die gleiche Weise rückgesetzt, wie bei der Setz-Operation. _
Wenn der Taktimpuls Cp den Zustand IV annimmt,
dann wird der Zustanddes Flipflops beeinflußt. Wenn
jedoch der Taktimpuls Cp den Zustand V annimmt, dann wird der Zustand des Flipflops umgekehrt, so daß eine
Setz-Operation, wie im Zustand I, bewirkt wird, da <?s=»L«und @s=»H«ist. _
Bei der Bedingung Vl des Taktimpulses Cp wird der ZuSf1Sd des Flipflops wieder umgekehrt, um eine
ähnliche Rücksetz-Operation wie im Zustand III hervorzuruf en, da Qs= »H« und Qs~»L«.
Fig.4 zeigt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel,
bei dem gleiche Bezugsziflern gleiche Bauelemente, wie in F i g. 3, kennzeichnen.
Um beim modifizierten Ausführungsbeispiel das Master-Flipflop zu setzen oder rückzusetzen, wird an
die Basiselektrode des Transistors 113 ein Setz-Eingangssignal .Soder an die Basiselektrode des Transistors
115 ein Rücksetz-Eingangssignal R angelegt. Dabei umfaßt der erste Logikschaltkreis auf der Setz-Eingangsseite des Master-Flipflops einen Transistor 101 in
Kollektor-Schaltung für das Eingangssignal /, einen Transistor fO2, ebenfalls in Kollektor-Schaltung, für den
Taktimpuls Cp, einen Transistor 103 für das Ausgangssignal Qs vom Slave-Flipflop über einen als Diode
geschalteten Transistor 301 und einen Transistor 302, der zwischen den Transistoren 102 und 103 geschaltet
ist. Eine stromschaltende Operation wird zwischen dem Transistor 302 und dem Transistor 103 bewirkt, der in
Serie mit einem strombegrenzenden Widerstand 105 geschaltet ist. Das Ausgangssignal dieses ersten
Log'kschaltkreises des Stromschaltungstyps liegt an der
Basiselektrode eines Transistors 304 über einen Transistor 303 in Kollektor-Schaltung. Dabei wird eine
stromschaltende Operation zwischen einem der Transistoren 113, 114 und 304 und einem Transistor 305
hergestellt, der das Ausgangssignal Qs vom Slave-Flipflop erhält. Darüber hinaus wird das Ausgangssignal aus
dem ODER-Glied mit den Transistoren 304,113,114 an einen Transistor 121 in Kollektor-Schaltung angeleg'.,
um ein Ausgangssignal Qm zu liefern, das an die Basiselektrode des Transistors 116 und die Basiselektrode der Transistoren 201 und 405 des Slave-Flipflops
angelegt wird.
Der zweite Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps auf der Rücksetz-Eingangsseite des Master-Flipflops
hat einen gegenüber dem ersten Logikschaltkreis identischen Aufbau. Insbesondere wird das Eingangssignal K an einen Transistor 107 in Kollektor-Schaltung,
der Taktimpuls Cp an die Basiselektrode eines Transistors 108 in Kollektor-Schaltung und das
Rücksetz-Eingangssignal R an die Basiselektrode eines Transistors 115 angelegt. Das Ausgangssignal eines
UND-Gliedes aus den Transistoren 107 und 108 wird an einen Transistor 309 über Transistoren 307 und 308
angelegt, während das Ausgangssignal von einem ODER-Glied aus den Transistoren 115,116 und 309 an
einen Transistor 124 in Kollektor-Schaltung angelegt wird, so daß ein Ausgangssignal Qm erhalten wird, das
an die Basiselektrode des Transistors 114 und an die Basiselektroden von Transistoren 206 und 410 des
Slave-Flipflops angelegt wird Der dritte Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps, der die Master-Flipflop-Operation ausführt, umfaßt die Transistoren 113, 114,
304 und 305 und die Transistoren 115,116,309 und 310.
Der grundsätzliche Aufbau des Slave-Flipflops ist im wesentlichen derselbe, wie der des Master-Flipflops.
Der Unterschied besteht lediglich darin, daß die Eingangssignale /und K, das Setz-Eingangssignal Sund
das Rücksetz-Eingangssignal R an das Master-Flipflop
angelegt werden, während solche Eingangssignale nicht
an das Slave-Flipflop angelegt werden. Daher wird es
für nicht notwendig gehalten, Einzelheiten des Aufbaus des Slave-Flipflops ζ zu beschreiben.
Die Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 4 wird nun mit jJezug auf F i g. 2 erläutert. Es sei angenommen, daß
J~K=Cp=»H«, Qm^Qs-nUi und (?m-(?5<=»H«,
d. h, daß sich sowohl das Master-Flipflop als auch das Slave-Flipflop in ihrem Setz-Zustand befinden sollen.
Demgemäß befinden sich im Master-Flipflop die Transistoren 114 und 310 im gesperrten Zustand,
während die Transistoren 116 und 305 leitend sind. Dagegen befinden sich in Slave-Flipflop die Transistoren 211 und 410 im gesperrten Zustand, während die
Transistoren 212 und 405 eingeschaltet sind.
Wenn der Taktimpuls Co den in Fig.2 gezeigten
Zustand I annimmt, dann wird unter den oben angegebenen Bedingungen der bisher über den
Transistor 302 fließende Strom auf den Transistor 103 umgeschaltet weil sich das Eingangssignal / und der
Taktimpuls Cp bei einem niedrigen Potential befinden. Da der Transistor 302 sperrt, wird der Transistor 304
leitend. Der Zustand des Transistors 304 läßt einen Strom über Widerstand 104 fließen, um das Basispotential des Transistors 121 abzusenken, so daß Ausgangssignal QM vom Zustand »H« in den Zustand »L«
wechselt. Infolgedessen wird der Transistor 116 gesperrt, so daß der Strom über Widerstand 110
unterbrochen wird. Dadurch wird der Transistor 310 eingeschaltet, so daß das Ausgangssignal Qm in den
Zustand »H« geändert wird, wodurch der Transistor 114 leitend wird, so daß das Master-Flipflop gesetzt wird.
Obwohl das Basispotentiai des Transistors 202 im Zustand »L« ist und das Basispoteniial des Transistors
201 vom Zustand »H« in den Zustand »L« wechselt, fließt unter diesen Bedingungen im Slave-Flipflop der
über den Widerstand 205 kommende Strom aufgrund des Widerstandes 204 über den Transistor 201, so daß
das Ausgangssignal Qsden Zustand »H« aufrechterhält.
Da das Basispotential des Transistors 206 vom Zustand »L« in den Zustand »H« wechselt, fließt der über
Widerstand 210 kommende Strom über den Transistor 206. Da sich der Transistor 212 im eingeschalteten
Zustand befindet, verbleibt das Ausgangssignal Qs im Zustand »L«. _
Wenn der Taktimpuls Cp vom Zustand »L« in den Zustand »H« wechselt, wird der Strom im Master-Flipflop vom Transistor 103 aufgrund des Widerstandes 105
auf den Transistor 302 umgeschaltet, und zwar unabhängig von der Tatsache, daß das Basispotential
des Transistors 103 im Zustand »H« ist. Da jedoch der Transistor 114 eingeschaltet ist, ändern sich die beiden
Ausgangssignale Qm und Qm nicht. Da das Basispotential des Transistors 202 in den Zustand »H« und das des
Transistors 201 in den Zustand »L« wechselt, wird der
Strom im Slave-Flipflop dagegen vom Transistor 201 auf den Transistor 202 umgeschaltet, wodurch der
Transistor 404 leitend wird, um Strom über den Widerstand 203 fließen zu lassen. Daher wechselt das
Ausgangssignal Qs vom Zustand »H« in den Zustand »L«. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Basispotential des Transistors 206 am Zustand »H« und das des
Transistors 207 ebenfalls im Zustand »H«, so daß der Strom aufgrund des Widerstandes 209 im wesentlichen
über den Transistor 206 fließt, so daß Transistor 409 gesperrt wird. Da Transistor 212 gesperrt ist, wird
Transistor 222 leitend, so daß das Ausgangssignal Qs vom Zustand »L« in den Zustand »H« wechselt, um auf
diese Weise das Slave-Flipflop zu setzen.
Das Ausgangssignal Qs vom Slave-Flipflop wird im Zustand »H« an die Basiselektrode des Transistors 310
des Master-Flipflops und ebenfalls an die Basiselektrode des Transistors 109 über den Transistor 306 geliefert.
Der Transistor 306 ist deshalb vorgesehen, um das Potential der an den Basiselektroden der Transistoren
109 und 307_an£>ilegten Signale auszugleichen. Da der
Taktimpuls Cp und das Eingangssingal K nicht direkt an der Basiselektrode des Transistors 307 anliegen,
sondern statt dessen an den Basiselektroden der Transistoren 107 und 108, ist insbesondere gemäß
diesem Ausführungsbeispiel der Eingangssignalpegel der Basiselektrode des Transistors 307 niedriger als der
Pegel der Signale Cp und K aufgrund des Abfalls der Vorspannung zwischen der Basis und dem Emitter der
Transistoren 107, 108, wenn das Ausgangssignal Qs direkt an die Basiselektrode des Transistors 109
angelegt wird, dann können die Signale Qteund Cp keine
zufriedenstellende stromschaltende Operation zwischen den Transistoren 109 und 307 hervorrufen. Um das
gestörte Potentialgleichgewicht zu kompensieren, wird aus diesem Grunde der Transistor 306 als Diode
verwendet, wobei sein Kollektor und seine Basis direkt zusammengeschaltet sind. Der Grund für die Verwendung des Transistors 306 als Diode mit direkt
verbundener Kollektor- und Basiselektrode besteht darin, diese Ausführungsform als eine integrierte
Schaltung zu verwenden. Da eine solche Schaltung keine Diode enthält, ist ein solcher Transistor leichter
herzustellen und verleiht einheitliche Kenndaten, wenn alle Halbleiterbauelemente als Transistoren hergestellt
werden, als Dioden durch zusätzliche Verfahrensschritte herzustellen. Da integrierte Schaltungen gewöhnlich
Siliziumsubstrate verwenden, werden npn-Transistoren vorgezogen.
Während der Transistor 109 aufgrund des im Zustand »H« befindlichen Ausgangssignals Qs eingeschaltet
wird, weil das Basispotential des Transistors 307 ebenfalls im Zustand »H« ist und wegen des
Widerstandes 111, fließt der Strom weiter über den Transistor 307. Auf ähnliche Weise ändert sich der
Zustand des Master-Flipflops nicht, obwohl sich das im Zustand »L« befindliche Ausgangssignal Qs das
Basispolential des Transistors 103 in den Zustand »L« bringt und daher der Transistor 302 eingeschaltet und
der Transistor 304 gesperrt wird, da bisher der Strom über den Transistor 114 geflossen ist.
Wenn das Eingangssignal / in den Zustand »H« wechselt, hat das Basispotential des Transistors 302
bereits den Zustand »H« angenommen, so daß der Zustand des Master-Flipflops ebenfalls nicht geändert
wird. _
Wenn der Taktimpuls Cp den in F i g. 2 gezeigten Zustand II annimmt, wird im Master-Flipflop keine
stromschaltende Operation bewirkt, da /=K==»H«.
Wenn im Slave-Flipflop das AusgangssignaX Qm im Zustand »L« ist, und wenn der Taktimpuls Cp in den
Zustand »L« wechselt, wird der Strom vom Transistor 202 auf den Transistor 201 geschaltet Da jedoch der
Transistor 211 eingeschaltet ist, behält das Ausgangssignal Qs seinen Zustand »L« bei. Da sich das
Basispotential des Transistors 206 im Zustand »H« befindet, führt der logische Schaltkreis hingegen keine
stromschaltende Operation durch. Aus diesem Grunde ändert sich auch nicht der Zustand des Slave-F%flops.
Wenn der Taktimpuls Cp den in F i g. 3 gezeigten Zustand HI annimmt, wird das Master- und Slave-Flipflop auf die gleiche Weise zurückgesetzt, wie das im
Zusammenhang mit ihrer Setz-Operation oben erläutert wird. _
Wenn der Taktimpuls Cp den Zustand IV annimmt, verbleiben sowohl das Master- als auch das Slave-Flipflop in ihrem Rücksetz-Zustand. Wenn jedoch der
Taktimpuls Cp den Zustand V erreicht, dann befindet sich das Ausgangssignal Qs im Zustand »L« und das
Ausgangssignal Qs im Zustand »H«, so daß der Inhalt beider Flipflops invertiert wird, um auf diese Weise eine
Setz-Operation auf die gleiche Art durchzuführen, als wenn der Taktimpuls Cp im_Zustand I wäre.
Wenn der Taktimpuls Cp weiter den Zustand Vl annimmt, wird der Inhalt beider Flipflops, da das
Ausgangssignal Qs im Zustand »H« und das Ausgangssignal ^s im Zustand »L« ist, wieder umgekehrt, so daC
eine Rücksetz-Operation auf die gleiche Weise durchgeführt wird, als wenn der Taktimpuls Cp im Zustand III
wäre.
Alternativ können die in den Ausführungsbeispielen in F i g. 3 und 4 gezeigten Master- und Slave-Flipflops in
geeigneter Weise kombiniert werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel in dem in F i g. 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel das Slave-Flipflop durch das in dem nach F i g. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ersetzt
werden, oder das in Fig.3 gezeigte Master-Flipflop kann durch das in Fig.4 gezeigte Ausführungsbeispiel
ersetzt werden.
Die Einzelheiten nach F i g. 3 und 4 sind in gewisser Weise verschieden. In dem in Fig.3 gezeigten
Master-Flipflop sind zum Beispiel die Kollektorelektroden des Transistors 103 des UND-Eingangsgliedes und
des Transistors 114 des die Flipflop-Operation ausführenden Schaltkreises zusammengeschaltet, während in
dem in F i g. 4 gezeigten Master-Flipflop die Kollektorelektroden des Transistors 103 und 114 getrennt geerdet
sind. Hinsichtlich des dritten Logikschaltkreises für die Flipflop-Operation enthält dieser Schaltkreis in dem in
F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel die Transistoren 114 und 116 oder die Transistoren 211 und 212, während
in dem in Fig.4 gezeigten Ausführungsb ispiel die stromschaltende Operation zwischen den Transistoren
114 und 305 und zwischen den Transistoren 116 und 310
oder zwischen den Transistoren 211 und 405 und zwischen den Transistoren 212 und 410 bewirkt wird.
Weiter erfolgt die stromschaltende Operation in dem in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel direkt zwischen
den Transistoren 101 und 102 und dem Transistor 103, während in dem in Fig.4 gezeigten Ausführungsbeispiel der Transistor 302 in Kollektorschaltung zwischen
den Transistoren 101, 102 und dem Transistor 103 eingeschlossen ist Es ist daher selbstverständlich, daß
irgendein besonderer Aufbau eines Ausführungsbeispiels durch einen entsprechenden in dem anderen
Ausführungsbeispiel verwendeten Aufbau ersetzt werden kann.
Wie anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert wird, werden im /-K-Master-Slave-Flipflop zwei Ausgangssignale vom Slave-Flipflop
als Referenzpotentiale für das Master-Flipflop verwendet, während zwei Ausgangssignale vom Master-Flipflop als Referenzpotentiale für das Slave-Flipflop
verwendet werden. Darüber hinaus wird der Inhalt des Master-Flipflops durch Taktsignale bestimmt, so daß
der Inhalt des Master-Flipflops dann zum Slave-Flipflop übertragen wird, wenn gemäß F i g. 2 kein Taktimpuls
anliegt
Il
schaltkreise gebildeten Slromschakungstyps eine getrennte
Referenzspannungsquelle benötigen, um logische Operationen durchführen zu können, ist die
integrierte Referenzspannungsquelle gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen von besonderem Vorteil,
da auf diese Weise eine Kombination erzielt wird, bei
der weniger Logikelemente als in den Fällen benötigt werden, bei denen die Flipflops und die Referenzspannungsquellen
getrennt vorgesehen sind. Das Merkmal der integrierten Referenzspannungsquelle in dem
eigentlichen Flipflop stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber den bekannten Flipflops dar.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:/-K-Master-Slave-Flipflop mit einem Master-FIipflop auf einem ersten und zweiten Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps und einem dritten Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps zwecks Empfangs von Ausgangssignalen aus dem ersten und zweiten Logikschaltkreis zur Durchführung einer Flipflop-Operation und mit einem Slave-Flipflop aus einem vierten und fünften Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps und einem sechsten Logikschaltkreis des Stromschaltungstyps zwecks Empfangs von Ausgangssignalen aus dem vierten und fünften Logikschaltkreis zur Durchführung einer Flipflop-Operation, wobei der Ausgang und der invertierte Ausgang von Master-Flipflop jeweils mit dem vierten und fünften Logikschaltkreis des Slave-FlipfJops und der Ausgang und der invertierte Ausgang ass Slave-Flipflops jeweils mit dem ersten und zweiten Logikschaltkreis verbunden sind, und mit einer Referenzspannungsquelle zur Lieferung einer Referenzspannung an den ersten, zweiten, vierten und fünften Logikschaltkreis, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Logikschaltkreis (13) ein erster Transistor (103) mitseiner Gate-Elektrode am invertierten Ausgang (Qs) des Slave-Flipflops als Referenzspannungsquelle und im zweiten Logikschaltkreis (14) ein zweiter Transistor (109) mit seiner Gate-Elektrode am Ausgang (Qs) des Slave-Fiipflops als Referenzspannungsquelle angeordnet ist und da3 im vh/ten Logikschaltkreis (19) ein dritter Transistor (201) mit seiner Gate-Elektrode am invertierten Ai-gang (Qm) des Master-Flipflops als Referenzspannungsquelle, und im fünften Logikschaltkreis (20) ein vierter Transistor (206) mit seiner Gate-Elektrode am Ausgang (Qm) des Master-Flipflops als Referenzspannungsquelle angeschlossen ist
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1968
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