DE2140305C3 - Statisches Schieberegister - Google Patents

Description

2. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Inverter (27) eine Takttorschaltung (272) umfaßt, die ein zusätzliches Paar komplementärer IGFETs {Π2Ρ-272Ν) enthält, das "0 von einem P-KanaMGFET (272P). dessen Drain-Source-Weg zwischen die Source des Inverter-P-Kanal-IGFETs (271P^ und die positive Spannungsquelle geschaltet ist, und von einem N-Kanal-IGFET (272N) gebildet wird, dessen Drain-Source-Weg zwischen die Source des Inverter-N-Kanal-IGFETs (27IA/^ und die negative Spannungsquelle - Vgeschaltet ist, wobei die Gates der zusätzlichen P- und N-Kanal-IGFETs (272P, 272N) mit den gleichen Taktimpulsen wie die P- und N-Kanal-IGFETs (232P, 232N) in dem zugehörigen Hilfs-Takttorschaltungsabschnitt (z. B. 292) versorgt werden.

Die Erfindung betrifft ein statisches Schieberegister gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Ausmaß, in welchem die Technik der integrierten Schaltung beim Bau von Schieberegistern der obengenannten Art verwendet wird, wird im allgemeinen durch tue folgenden drei Hauptgesichtspunkte bestimmt:

1. Wie stark wird der Leistungsverbrauch verringert?

2. Wie weit kann das Stromversorgungssystem vereinfacht werden ?

3. Wie symmetrisch ist die elektrische und ebenso die räumliche Anordnung der IGFETs?

Fig. 1 zeigt ein typisches Beispiel eines bekannten statischen Schieberegisters, weiches unter Verwendung der üblichen Technik der integrierten Schaltungen hergestellt ist F i g. 1 zeigt nur die Anordnung einer Registereinheit dieses Schieberegisters, wobei jede Einheit ein Paar von P-Kanal und N-Kanal IGFETs UP-JiN (oder \2P-\2N) umfaßt. Die Gates sind miteinander verbunden, um einen Eingangsanschluß U (oder I_r) zu bilden.' Die Drains sind miteinander verbunden, um einen Ausgangsanschluß O/(oder O_r) zu bilden. Weiter sind die Sources der P-Kanal IGFETs IIP und 12P dieser zwei Paare 11P-11N und 12Ρ-12Λ/ mit einer positiven geerdeten Spannungsquelle, die im folgenden als Masse bezeichnet wird, und die N-Kanal IGFETs WN und 12/V mit einer negativen Vorspannungsquelle — V verbunden, wodurch eine Schiebetorschaltung 11 der Vorwärtshälfte und eine Schiebetorschaltung 12 der Rückwärtshälfte gebildet wird, die komplementär zueinander geschaltet sind.

Zwischen dem Eingangsanschluß I_n Jem, wie später beschrieben wird, die gewünschten Eingangsdaten zugeführt werden, und dem Eingang I₁ der Schiebeiorschaltung 11 der Vorwärtshälfte, zwischen dem Ausgang Or der Vorwärtsschiebetorschaltung 11 und dem Eingang /_r der Schiebetorschaltung 12 der Rückwärtshälfte, und zwischen dem Ausgang des Ein-Bit-Schieberegisters, d. h. dem Ausgang O_r der Schiebetorschaltung 12 der Rückwärtshälfte und dem Eingang I_rdcr Schiebetorschaltung 11 der Vorwärtshälfte sind ein p-Kanal-IGFET 13Pund zwei n-Kanal-IG-FETs 14/Vund 15N(im folgenden als »Kopplungs-IG-FET« bezeichnet) angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt ist, deren Source-Drain-Strecken so geschaltet sind, daß sie erste, zweite und dritte Übertragungen bewirken oder als Kopplungstorschaltungen verwendet werden. Die Substratelektroden der p-Kanal-IGFETs IIP, 12Pund 13P liegen an Masse und die Substratelektroden der n-Kanal-IGFETs 11/V, 12Λ/14/Vund 15Λ/ sind mit der negativen Spannungsquelle - V verbunden. Die Torschaltung der ersten und zweiten Kopplungs-IGFETs 13P und HN sind miteinander verbunden, um ein gemeinsames Tor G₁ (im folgenden als »erstes Takttor« bezeichnet) zu bilden, welchem Taktimpulse Φ_η zugeführt werden, wie später beschrieben wird. Dem Tor Gi des dritten Kopplungs-IGFET 15/V (im folgenden als »zweites Takttor« bezeichnet) werden Taktimpulse Φ_ρ zugeführt, wie später beschrieben wird. In diesem Fall werden dem Eingangsanschluß I_n vorgewählte Ein-

gangsdaten, die aus einer Reihe von binären Werten »1« und »0« bestehen, wie in Fig.2C gezeigt ist, in einem Abstand zugeführt, der für eine Verschiebung von einem Bit erforderlich ist

Dem ersten Takttor G\ werden Takt- oder Schiebeimpulse Φ_π zugeführt, weiche aus Impulsen einer geeigneten negativen Spannung, die einen binären Wert »0« darstellen, und aus Impulsen von normalerweise Erdpotential bestehen, die einen binären Wert »1« darstellen und sich zwischen diesen »O«-Impulsen befinden, wobei die Wiederholungsperiode r gleich der Zeitdauer ist, die für eine Verschiebung von einem Bit erforderlich ist (F i g. 2A). Dazu werden dem zweiten Takttor Gi Tnktimpulse Φ_Ρ zugeführt, die aus Impulsen von Erdpotential, welche einen binären is Wert »1« darstellen, und aus Impulsen einer negativen Spannung bestehen, weiche einen binären Wert »0« darstellen und sich zwischen den »1«-Impulsen befinden, wobei die Wiederholungsperiode r gleich der Zeitdauer ist, die für eine Verschiebung von einem Bit erforderlich ist(Fig.?.B).

Die Wirkungsweise eines Schieberegisters, a?s in dzv in Fig. 1 gezeigten Weise aufgebaut ist, soll im folgenden anhand des speziellen Zeitdiagramms beschrieben werden, das in den F i g. 2A bis 2G angegeben ist.

Es werden zum Beispiel dem Eingangsanschluß I_n Daten zugeführt, die durch einen binären Wert »0« der positiven Logik dargestellt werden. Wenn dem ersten Takttor Ci der »0«-Impuls zugeführt wird, der in den m Taktimpulsen Φ_η enthalten ist, die in Fig. 2A gezeigt sind, dann wird der erste Kopplungs-IGFET 13P eingeschaltet, um eine Gate-Kapazität Gzwischen dem Eingang //-der Schiebetorschaltung 11 der Vorwärtshälfte und ihrer Masse plötzlich auf ein »0«-Niveau über den ) > eingeschalteten IGFET 13Paufzuladen. (Siehe F i g. 2D; wenn das Aufladen auf das »0«-Niveau bereits stattgefunden hat, wird dieser aufgeladene Zustand beibehalten.) Da der P-Kanal-IGFET llPder Schiebetorschaltung 11 der Vorwärtshälfte leitend wird, wird w der Ausgang O/dieser Torschaltung 11 in den geerdeten Zustand gebracht, d. h. in den Zustand des binären Wertes »1« (siehe Fig.2E). Wenn in diesem Zustand das Gate des zweiten Kopplungs-IGFET 14A/mit einem »1«-Impuls versorgt wird, der in den Taktimpulsen Φ_η ■)> enthalten ist die in Fig. 2A gezeigt sind, dann wird dieser IGFET 14/V leitend gemacht, um eine Gate-Kapazität Cr zwischen dem Eingang /_rder Schiebetorschaltung 12 der Rückwärtshälfte und ihrer Masse plötzlich über diesen betätigten IGFET 14Nzu entladen. (Siehe ίο F i g. 2F; wenn diese Kapazität bereits entladen ist, wird dieser Zustand beibehalten.) Da der Eingang /_r der Schiebetorschaltung 12 der Rückwärtshälfte in den Zustand des binären Wertes »1« gebracht wird und der N-Kanal-IGEET 12.'/ dieser Torschaltung )2 leitend ">5 wird, wird daher der Ausgang O_r in den Zustand des binären Wertes »0« gebracht. Daher wird der Eingangswert »0«, der dem Eingangsanschluß I_n zugeführt wird, von dem Ausgangsanschluß O_r einer Schieberegistereinheit nach einem Intervall von einem «) Bit herausgeführt. In gleicher Weise wird der Eingängswert »1«, der dem Eingangsanschluß /„ zugeführt wird, von dem Ausgangsanschluß O₁-nach einem Intervall von einem Bit erhalten.

In diesem Falle haben die ersten und zweiten Kopplungs-IGFETs YiP und 14Λ/ die Source-Drain-Strecken in Reihe zwischen <\ie Ausgänge der jeweiligen vorhergehenden Schiebetorschaltungen und die Eingänge der entsprechenden folgenden Schiebetorschaltungen geschaltet, wodurch sie als eine Art von Schaltelemsnten für die Übertraglingsausgänge von den vorhergehenden Schiebetorschaltungen zu den Eingängen der folgenden Schiebetorschaltungen unter Steuerung der Taktimpulse, die zu diesen Toschaltungen zugeführt werden, wirken. Im Gegensatz dazu hat der dritte Kopplungs-IGFET \5N seine Source-Drain-Strecke parallel zwischen den Eingang fr der Schiebetorschaltung 11 der vorderen Hälfte und den Ausgang O_r der Schiebetorschaltung 12 der rückwärtigen Hälfte geschaltet, wobei er stets die gleiche Phase hat, wie aus F i g. 2 zu sehen ist Dem Gate d des dritten Kopplungs-IGFETs \5Nwird ein »!«-Impuls zugeführt, der in den Taktimpulsen Φ_ρ enthalten ist wie in F i g. 2B gezeigt ist, um diesen leitend zu machen, wodurch der Zustand des Ausgangsanschlusses O_r positiv zu dem Eingangsanschluß //zurückgekoppelt wird. Der resultierende Zustand dieses Eingangsanschlusses If wird stets in der Form eines Gleichstroms pro Einheit aufrecht erhalten, wodurch das Schieberegistei als ein Schieberegister vom sogenannten statischen Typ arueitet.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten bekannten Schieberegister sind die Scniebetorschaltungen der jeweiligen Hälften aus einem komplementären Paar von P-Kanal und N-Kanal-IGFETs gebildet, so daß im Vergleich zu irgendeinem früheren Typ, bei welchem die Schiebetorschaltung IGFETs enthält, die als Lastwiderstand wirken, das Schieberegister der F i g. 1 tatsächlich die Vorteile hat, daß nicht nur der Leistungsverbrauch verringert wird, sondern daß auch die Symmetrie der elektrischen und räumlichen Anordnung der IGFETs verbessert ist. Die elektrische und räumliche Anordnung der IGFETs insgesamt bleibt jedoch immer noch merklich unsymmetrisch, da die obengenannten Kopplungs-IGFETs 13P, 14/Vund 15/V enthalten sind, was die Nachteile zur Folge hat, daß nicht nur eine kompakte Anordnung der IGFETs, sondern ebenso auch ihre ebene Anordnung verhindert wird.

Wird angenommen, daß im allgemeinen eine Schwellenspannung von 4 Volt (absolut) an die Gates der IGFtTTs für den Betrieb angelegt werden soll (dies trifft sowohl für die P- als auch die N-Kanal-IGFETs zu), ist es erforderlich, die Gates mit einer Spannung /on etwa dem Doppelten der Schwellenspannung, d. h. e'.wa 8 Volt, zu versorgen und die Vorspannungsquelle mit einer Spannung von etwa dem 2,5fachen dieser Schwellenspannung, d. h. etwa 10 Volt, um den IGFET in einem Sättigungszustand zu betreiben.

In der Schaltungsanordnung der Fig. 1 zeigen die Kopplungs IGFETs \3P, 14/V und 15/V jedoch den später zu beschreibenden Source-Folger-Zustand (odei Rück-Gate-Vorspannungszustand). Mit Bezug auf den zwjiteu Kopplungs-IGFET 14/V wird, wenn der p-Kanal-IGFET WP der Schiebetorschaltung 11 Jer vorderen Hälfte vollständig leitend ist und dem Gate G\ ein »1 «-Impuls zugeführt wird, der in den Taktimpulsen Φ_Ρ der Fig. 2B enthalten ist, um diesen zweiten Kopplungs-IGFET M/V zu betätigen, dem Eingang l_r der Schiebetorschaltung 12 der rückwärtigen Hälfte nicht das gewünschte Erdpotential zugeführt, sondern eine Spannung, die um ein solches Maß verringert ist, wie es der Schwellenspannung dieses zweiten Kopplungs-IGFETs 14Λ/ entspricht. Demgemäß muß die Eingangs-Gate-Spanr. jig für den Sättigungsbetrieb der Kopplungs-IGFETs 13P, 14/V und 15/V auf etwa das Zweifache der vorher genannten 8 Volt erhöht werden, d. h. auf etwa 16 Volt. Das Schieberegister der Fig. I

erfordert zwei Arten von Spannungen, nämlich -10 Volt für die negative Spannungsquelle — V und — 16 Volt für eine Quelle von Taktimpulsen, und ist daher vom Standpunkt einer wirkungsvollen Ausnützung der Technik der integrierten Schaltungen nicht vorteilhaft. Wenn die negative Spannungsqueüe — V die gleiche Spannung von -16 Volt wie die Quelle der Taktimpulse haben kann, dann kann eine einzige Spannungsquelle verwendet werden. Dies vergrößert jedoch unnötigerweise den Leistungsverbrauch und ist ·.. daher für die meisten Anwendungen der Technik der integrierten Schaltungen in gleicher Weise ungünstig.

Die di~r Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt darin, ein Schieberegister der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine höhere Anordnungsdichte der Schaltungselemente beim Aufbau des Registers in integrierter Form erreicht werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die :m kennzeichnenden Teil des Anspruchs angegebene Merkmaiskombination gelost.

Fm derart aufgeba ites Register hat den zusätzlichen \ orteil, daß nur eine einzige Spannungsquelle erforderlich ist. ohne daß sich der nutzlose Energieverbrauch erhöht, und daß die größtmögliche Symmetrie der gesamten räumlichen und elektrischen Anordnung der KjFKTs erreicht ist

Die Frfindung wird im folgenden in Ausführungsbeispielen genauer anhand der Zeichnung erläutert.

f ι g. 1 ist ein .Schaltungsdiagramm eines typischen Beispieles eines statischen Schieberegisters mit KiFKTs nach dem bekannten Stand der Technik.

F ι a. 2 zeigt im einzelnen die Betriebszeitsieuerung der verschiedenen Abschnitte der Schaltung der F-" i g. I.

F ι g. 3 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm eines statischen Schieberegisters mit IGFETs nach einer ■Visfuhrungsform der Erfindung.

F ι g. 4 zeigt im einzelnen eine praktische Schaltungsanordnung jeder Schieberegistereinheit der F-" i g. 3.

F ι g. 5A bis 5M zeigen im einzelnen die Zeitsteuerung ■"-. Bevieb der \ erschiedenen Abschnitte der Schaltung : der F i. 4.

F ι £ h zeigt ein Schaltungsdiagramm eines statischen ^hieberegisters mit IGFF-Ts gemäß einer anderen ■Visfuhrungsform der Erfindung.

F: ü. 3 ist e;n schematisches Schaltungsdiagramm :~. ■jires Schieberegisters gemäß einer Ausführungsform .!er Erfindung. Gemäß dieser Ausführungsform sind Schieberegistereinheiten 201, 202 ... 2On, die die gleiche spater zu beschreibende Schaltungsanordnung besitzen. m einer Anzahl in Kaskade geschaltet, die der "■■ gewünschten Anzahl von Einheiten entspricht. Unter Bezugnahme auf den Schaltungsaufbau allein der Schieberegistereinheit 201 der ersten Stufe haben die ■■ordere und hintere Hälfte der Einheiten den gleichen Schaltungsaufbau. Die jeweiligen Hälften der Einheiten ?i umfassen Hauptschiebetorschaltungen 23 und 24. um die später zu beschreibenden binär codierten Signale »1« und »0«. die der. Eingängen 21 und 22 zugeführt werden. unter Steuerung der später zu beschreibenden gepaarten Taktimpulse Φ-_Ρ—Φ-- und Φϊρ—Φΐη. die mit eo umgekehrter Phase zugeführt werden, zu den jeweiligen Ausgängen 25 und 26 zu leiten. Inverter 27 und 28. die mit den Ausgängen 25 und 26 der Hauptschiebetorschaltungen 23 und 24 verbunden sind, und Hilfsschiebe- !orschaltungen 29 und 30. die parallel zwischen die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der entsprechenden inverter 27 und 28 so geschaltet sind, daß sie die Ausgangssignaie von den entsprechenden Hauptschie- betorschaltungen 23 und 24 in der Form von Gleichstrom pro Abschnitt der Einheit unter Steuerung dieser gepaarten Taktimpulse Φ\_η—Φ\_η und Φίρ—ΦΐΓ, halten, wodurch bewirkt wird, daß die Hauptschiebetorschaltungen 23 und 24 statisch arbeiten. Alle genannten Hauptschiebetorschallungen, Inverter und Hilfsschiebctorschaltuneen werden aus komplementären Paaren von KiFETs vom P- und N-Kanal gebildet.

F i g. 4 zeigt eine praktische Schaltungsanordnung der verschiedenen Abschnitte der ersten Schieberegistereinheit 201, die in Fig. 3 gezeigt ist. Die Flauptschiebetorschaltungen 23 und 24 umfassen Schiebetorschaltungsabschnitte 211 und 241. die aus gepaarten P-Kanal und N-Kanal-IGFETs 2.11/'-211/V und 241/'-24I/V vom Anreicherungstyp bestehen, wobei die Gates dieser IGFFTs gemeinsam mit den entsprechenden Eingangs anschlössen 21 und 22 und ihre Drains gemeinsam mit den entsprechenden Ausgangsanschlüssen 25 und 26 verbunden sind. Weiter umfassen sie Takttorschaltunpsabschnitte 232 und 242. die in gleicher Woisr ;ιπ·- gepaanen ICiFKTs vom Anreicherungstyp 232/'-2.32/V und 242/'-242/V bestehen, bei denen die Drains der P -Kanal-IGFF.Ts 232/'und 242/' mit den Sources der P-Kanal-IGFFTs 231/'und 241/'der Hauptschiebetor sehaluingsabschnitte 231 und 241 verbunden sind, und wobei die Sources dieser P-Kanal-IGFETs Z32/° und 242/" an Masse liegen, und wobei die Drains der N-Kanid-IGFKTs 232/V und 242/V mit den Sources der N Kanal IGFETs 231Λ/und 241/Vder Schiebetorschaltungsabschnitte 231 und 241 verbunden sind und die Sources dieser N-Kanal-IGFETs 232/V und 242/V mit einer negativen .Spannungsquelle - ^verbunden sind.

Die Substratelektroden der P-Kanal-IGFETs liegen alle an Masse, und die der N-Kanal-IGFETs sind alle mit der negativen Spannungsquelle — V verbunden.

In diesem Falle werden dem Eingangsanschluß 21 vorgewählte binär codierte Signale »1« und »0«, die in Fig. 5E gezeigt sind, mit einem Zeitintervall r zugeführt, das für eine Verschiebung von einem Bit erforderlich ist.

Dem Gate G- des n-Kanal-IGFETs 232/V des Taktorschaltungsabschnittes 232 der vorderen Hälfte werden Taktimpulse (oder Schiebeimpulse) Φ^ die aus Impulsen von normalerweise Erdpotential, die einen binären Wert »1« darstellen, und aus Impulsen von einer geeigneten negativen Spannung bestehen, die einen binären Wert »0« darstellen und sich zwischen den »!«-Impulsen befinden, mit einer Wiederholungsperiode r zugeführt, die gleich der Zeitdauer ist, die für eine Ein-Bit-Verschiebung erforderlich ist. die in Fig. 5A gezeigt ist. und dem Gate Cj des p-Kanal-IGFETs232/> des Taktorschaltungsabschnittes 232 werden Ta".'.impulse Φ\- zugeführt, die eine umgekehrte Phase haben wie die obengenannten Taktimpulse Φ\ρ, wie in F i g. 5B gezeigt ist.

Dem Gate Gi₃ des n-Kanal-IGFETs 242/V des Takttorschaltungsabschnittes 242 der hinteren Hälfte werden Taktimpulse Φι_ρ zugeführt, die aus Impulsen von Erdpotential, welche einen binären Wert »I« darstellen, und aus Impulsen einer geeigneten negativen Spannung bestehen, die einen binären Wert »0« darsteilen und sich zwischen den »1 «-Impulsen befinden, mit einer Wiederholungsperiode τ, die gleich der Zeitlänge ist die für eine Ein-Bit-Verschiebung erforderlich ist, wie in F i g. 5C gezeigt ist, und dem Gate Gm des P-Kanal-IGFETs 242PdJeSeS Takttorschaltungsabschnittes 242 werden Takämpulse Φ_α zugeführt, deren Phase umgekehrt zu der der obengenannten Taktimpul-

se 'Λν. ist. wie in I-' i g. 5D angezeigt ist. Es ist daraus klar, daß die gepaarten C- und N-Kanal-IGFETs 231/^J-231/V und 241 /'-241/V. die die Hauptsehiebelorschaltungsabschniitc 231 und 241 bilden, und die gepaarten P- und N Kanal-IGFETs 232P-232/V und 2427'242/V. die die Taktiorsehaltungsabschnitte 232 und 242 bilden, jeweils komplementär zueinander geschaltet sind.

Hei den Inverlern 27 und 28 sind die Sources der P '-'.anai-IGF-FTs 27/'und 28/'direkt geerdet und die Sou/ces der N-Kanal-IG 1-'KTs 27/V und 28Λ/direkt mit der negativen Spanmingsquellc - Vverbunden, aber im übrigen haben sie die gleiche Ann-dnung wie die Schicbeiorschaliiingsabschnitte 23! und 241. Wie die gepaarten KiIIiTs 231 /'-23I .V und 24 t/'-24I ,V sind die gepaarten IGM". Is 27/'27,V und 28/'-28/Y da dice Inverter 27 und 28 bilden, komplementär geschallet.

Hei den I lilfsschiebetorschaliungen 29 und 30 sind die Eingangsanschlüsse ihrer Schiebetorsclialtungsahⁱ> hnitte 241 und .301 mit ilen Ausgarigsanschlüssen der c:/.sprechenden Inverter 27 und 28 verbunden und die Ausgangsanschlüsse dieser 1 lilfsschiebetorschaltungsabschnitte 291 und 301 sind mit den Eingangsanschlüssen der entsprechenden Inverter 27 und 28 verbunden. Taktimpul.se werden den Takttorschaltungsabschnitten 292 und 302 der genannten llilfsschiebetorschaltungen 29 und 30 genau umgekehrt /u dem I all der Takltorschaltiingsabschnitle 232 und 242 der llauptschiebetorschaltungen 23 und 24 zugeführt, d.h. den Gates der N-KaIIaI-IGFRTs 292,V und 302/V dieser Hilfs'.akttorschaltungsabschnitte 292 und 302 werden die gleichen Taktimpulse zugeführt wie die. die ilen Gates der P K anal-IG Γ ETs 232/' und 242/' der Taktinrschaltnngsabschnitte 232 und 242 de^r Hauptschiebetorschaltungen 23 und 24 zugeführt wc den. und den Gates der P-Kanal-IGFTTs 292Pund 302/'dieser Hilfsschiebetorschaltungsabschnitte 292 und 302 werden die gleichen Taktimpulse zugeführt wie die. die den Gates der N-Kanal-IGFETs 232/V und 242/V der Takttorschaltungsabschnitte 232 und 242 der Haupt-.schiebc'orschaltungen 23 und 24 zugeführt werden. In den übrigen Beziehungen haben die Hilfsschiebetorschaltungen 29 und 30 den gleichen Aufbau wie die Hauptschiebeiorschaltungen 23 und 24. So sind die gepaarten IGIETs 291P-291/V. 292P-292/Y 301P-301N und 302P-302/Y dieser Hilfsschiebetorschaltungen 29 und 30 jeweils komplementär geschaltet.

Es soll nun die Wirkungsweise eines Schieberegisters, das wie in F i g. 4 gezeigt angeordnet ist. gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden, wobei im einzelnen auf die Zeitsteuerungsdiagramme der verschiedenen Schallungsabschnitte Bezug genommen wird, die in den F i g. 5A bis 5M gezeigt sind.

Wenn dem Eingangsanschluß 21 Daten zugeführt werden, die durch einen binären Wert »0« der positiven Logik dargestellt werden, der in Fig. 5E gezeigt ist. dann wird eine Gate-Kapazität C- mit einer dem Wert »0« entsprechenden Spannung aufgeladen, die zwischen dem Eingangsanschluß des Hauptschiebetorschaltungsabschnitts 231 und der Masse liegt. Wenn unter dieser Bedingung dem Gate des P-Kanal-IGFETs 232P des Haupttakttorschaltungsabschnittes 232 der vorderen Hälfte ein »0«-Impuls zugeführt wird, der in den Impulsen Φ- der Fig. 5B enthalten ist. wird der P-Kanal-FGFET 231P des Hauptschiebetorschaltungsabschnittes 231 zusammen mit dem IGFET 232Pleitend eemacht. was bewirkt, daß der Ausgangsanschluß 25 der Gate-Kapazität C> zwischen dem Eingangsanschluß des Inverters 27 der vorderen Hälfte und der Masse über die durchgcschalteten IGFETs 23IP und 232/' entladen, wodurch der NKanal-IGFET 27Λ/ des Inverters 27 eingeschaltet wird und demzufolge der Ausgangsan Schluß in den Zustand »0« gebracht wird (siehe F i g. 5G). Als Folge davon wird eine Gate-Kapazität Ci zwischen dem Eingangsanschluß des Schiebetorschaltungsabschnittes 241 der hinteren Hälfte und Masse auf eine dem Wert »0« entsprechende Spannung aufgeladen. Wenn in diesem Zustand dem Gate O\> des P-Kanal-IGFETs 242P des Takttorschaltungsabschnitles 242 der hinteren lliilfic ein »0«-lmpuls zugeführt wird, der in den Taktimpulsen '/>>„ enthalten ist, wie in I" ig. 51) gezeigt ist. dann wird der IGF-TT 242/' und demzufolge der P-Kanal-IGFET 241 P des Schiebelorschaltungsabschnittcs 241 eingeschaltet, um den Ausgangsanschluß der Schicbetorschaltung 24 der hinteren Hälfte in den Zustand »I« zu bringen (siehe F-" i g. 511). Demgemäß wird eine Gate-Kapazität C\ /wischen dem Eingangsanschluß des Inverters 28 der hinteren Hälfte und Masse über die durchgcschalteten IGITTs 241/' und 242P entladen, wodurch der N-Kanal-IGFI-T 28/V des Inverters 28 der hinteren Hälfte eingeschaltet wird und demzufolge der Ausgangsanschluß dieses Inverters, d. h. der Alisgangsanschluß der entsprechenden Schieberegistereinheit 20. in den Zustand »0« gebracht wird (Fig. 51). Daher wird der Eingangswert, der dem Eingangsanschluß 2? dieser Schiebcregistcreinheit 20 zugeführt wird, nach einem Bit-Intervall zu deren Ausgangsanschluß geleitet.

Wenn der Ausgangsanschliiß des Inverters 27 der \ orderen Hälfte in den Zustand »0« gebracht wird (der Eingangsanschluß stellt den Zustand »1« dar), dann wird eine Gate-Kapazität Cs /wischen dem Eingangsanschluß des Hilfsschiebetorschaltungsabschnittes 291 der vorderen Hälfte und Masse auf eine dem Wert »0« entsprechende Spannung aufgeladen (siehe Fig. 5]). Wenn in diesem Zustand dem Gate des P-Kanal-IGFETs 292Pdes Takttorschaltungsabschnitts 292 der vorderen Hälfte ein »0«-Impuls zugeführt wird, der in den Taktimpulsen Φ>_Γ enthalten ist. wie in F i g. 5A gezeigt ist. dann wird der IGFET 292Pund demzufolge der P-Kanal-IGFET 291P des Hilfsschiebetorschaltungsabschnittes 291 durchgeschaltet, wodurch bewirkt wird, daß der Ausgangsanschluß der Hilfsschiebetorschaltung 29 der vorderen Hälfte in den Zustand »1« gebracht wird (siehe Fig. 5K). Wenn daher dem Eingangsanschluß 21 der Schieberegistereinheit 20 der Wert »0« zugeführt wird, hält die Hilfsschiebetorschaltung 29 der vorderen Hälfte den Ausgangsanschluß 25 der Hauptschiebetorschaltung 23 der vorderen Hälfte, nämlich den Eingangsanschluß des Inverters 27 der vorderen Hälfte, in der Form eines Gleichstromes. wodurch die Schieberegistereinheit der vorderen Hälfte für ihren statischen Betrieb geregelt wird. Die genannte Beziehung trifft ebenfalls für den Fall zu. wenn dem Eingangsanschluß 21 dieser Schieberegistereinheit 20 der Wert »1« zugeführt wird.

Wenn der Ausgangsanschluß des Inverters 28 der rückwärtigen Hälfte in den Zustand »0« gebracht wird (der Eingangsanschluß stellt den Zustand »1« dar), dann wird eine Gate-Kapazität Q zwischen dem Eingangsanschluß des Hilfsschiebetorschaltungsabschnittes 301 der rückwärtigen Hälfte und Masse auf eine dem Wert »0« entsprechende Spannung aufgeladen (siehe F i g. 5L). Wenn in diesem Zustand dem Gate des P-Kana!- gebracht wird (siehe F i g. 5F). Als Folge davon wird die IGFETs 302Pdes Takttorschaltungsabschnittes 302 der

rückwärtigen Hälfte ein »0«-lmpuls zugeführt wird, der in den Taktimpulsen Φι_ρ enthalten ist, wie in F i g. 5C gezeigt ist, dann wird der IGFET 302Pund demzufolge der P-Kanal-IGFET 301P des Hilfsschiebetorschaltungsabschnittes 301 leitend gemacht, wodurch der Ausgangsanschluß der Hilfsschiebetorschaltung 30 der rückwärtigen Hälfte in den Zustand »1« gebracht wird (siehe F i g. 5M).

Ebenso wie die Hilfsschiebetorschaltung 29 der vorderen Hälfte hält daher die Hilfsschiebelorschaltung 30 der rückwärtigen Hälfte den Ausgangsanschluß der llauptsehiebetorsehaltung 24 tier rückwärtigen Hälfte, d. li. den Eiiigangsanschluß des Inverters 28 der rückwärtigen llälfic in der Form eines Gleichströme¹· für ein Hit-Intervall der Eingangsdaten, wodurch die Schiebcregistcreinhcit der rückwärtigen Hälfte für ihren statischen Betrieb geregelt wird.

Wenn dem Eingangsanschluß 21 der Schieberegistereinheit 20 der Wert »I« zugeführt wird, ist die Beziehung der eingeschalteten IGFIiTs der Hnuptschiebetorschaluingen. der Inverter und der HilfssehicbiMorschaltungen genau umgekehrt zu dem Fall, bei dem diesem Eingangsanschluß der Wert »0« zugeführt wird, d. h., die N-Kanal-IGFETs werden anstelle der P-Kanal-KiFETs leitend gemacht oder umgekehrt. In anderer Hins'cht führt die Schieberegistereinheit 20 denselben Vorgang aus wie im Fülle dieses »0«-Wertes. Daher wird der »I» Wert, der dem Eingangsanschluß der Schieberegistereinheit 20 zugeführt wird, zu deren Aiisgangsanschluß nach einem Bit-Intervall geleitet.

Das erfindungsgemäße Schieberegister, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, enthält keine Koppiungs-IGFETs. welche sowohl die elektrische als auch die räumliche Anordnung der IGFETs in unerwünschter Weise unsymmetrisch machen, sondern umfaßt Paare komplementärer P-Kanal- und N-KanallGFETs vom Anreicherungstyp. wodurch es möglich wird, wie aus F i g. 4 zu sehen ist. die- IGFETs elektrisch und ebenso räumlich in einem ideal symmetrischen Muster anzuordnen, das den Vorteil bietet, daß eine möglichst kompakte Anordnung der IGFETs möglich wird.

Weiter muß infolge des Fehlens der oben genannten KoppIungs-IGFETs. welche einen Source-Folger-Zustand aufweisen, die Gate-Spannung für den Sättigungsbetrieb der IGFETs nur etwa 8 Volt betragen, wenn deren Schwellenspannung zu etwa 4 Volt gewählt wird.

was es möglich macht, die Spannung der negativen Spannungsquelle — V'iuf etwa 10 Volt zusetzen.

Weiter kann mit dem erfindungsgemäßen Schieberegister die Spannung der negativen Spannungsquelle - V gleichzeitig als Spannungsquelle des »0«-Tciles der Taktimpulse Φίρ, Φι,,, Φ»,., und Φ>,, verwendet werden (für den »1 «-"Teil wird das Massepotential verwendet), wodurch die Verwendung eines einzigen Spannungsversorgungssystems erleichtert wird.

Ein Schieberegister gemäß der Ausfiihrungsform der F i g. 4 ist noch darin nachteilig, daß. wenn \ ersucht wird, die Hauptsehicbetorschaltungsabschnitte 291 und .301 allein durch Signale zu steuern, die deren Crates zugeführt weiden, die eine Gruppe der I'- und N-Kanal-ICiFFlTs von einem unbetätigbaren in einen betätigbaren Zustand und die ,widere Gruppe dagegen von einem betätigbaren in einen unbetätigbaren Zustand gebracht wird, mit dem Ergebnis, daß während des Umschaltvorganges beide die P- und die N-Kanal-IGF(IIs gleichzeitig einen betätigbaren Augenblick haben. Wenn jedoch die P- und N-Kanal-IGFETs der Haupt- und Nebenschiebetorsehaltungsabschnittc durch tue entsprechenden fakttorschaltungsabschnitte 2.32, 242, 292 und 302 gesteuert werden, wird verhindert. daß die gepaarten P- und N-Kanal-IGFETs nicht nur dieser Takttorschaltungsabschnilte, sondern auch der Haupt- und Ncbenschiebetorschaltungsabschnitte im gleichen Augenblick in einen betätigbaren Zustand gebracht werden, wie oben beschrieben wurde, wodurch es stets möglich wird, eine Gruppe von IGFETs in einen entgegengesetzten Zustand zu der anderen unter Steuerung der Taktimpulse, die den Takttorschaltungsabschnitten zugeführt werden, umzukehren, d. h. durch das sogenannte Taktsynchronisationssystem, ledoch brauchen nur die Inverter 27 und 28 der F i g. 4 Takttorschaltungsabschnitte und werden demzufolge durch ein Synchronisationssystem ohne Takt betätigt. Gemäß der Ausführungsform der F i g. 6 sind daher die Inverter 27 und 28 mit Takttorschaltungsabschnitten 272 und 282 versehen, die denselben Aufbau haben wie die Takttorschaltungsabschnitte 232 und 242 der Haup'schiebetorschaltungen 23 und 24. d. h. d.e aus Paaren komplementärer P-Kanal- und N-Kanal-IGFETs 272P-272/Vund 282P-282/Vbestehen, so daß sie durch das Taktsynchronisationssystem wie die Haupt- und Hilfsschiebetorschaltung betätigt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Statisches Schieberegister bestehend aus einer Anzahl von in Kaskade geschalteten, aus Isolierschicht-Feldeffekttransistoren (JGFET) aufgebauten Schieberegistereinheiten mit jeweils zwei hintereinandergeschalteten Speicherelementen, von denen jedes eine Haupttorschaltung und einen dieser nachgeschalteten Inverter aufweist, wobei eine am Eingang einer Haupttorschaltung anliegende Information von entsprechenden Impulsen einer ersten und zweiten Taktphase in das betreffende Speicherelement übernommen wird, mit einer Hüfstorschaltung in Form einer getakteten Rück- is kopplungsschaltung, die den statischen Zustand einer Schieberegistereinheit aufrecht erhält, wobei sowohl die Inverter als auch die Haupt- und Hilfstorschaltungen aus komplementären P-Kanal- und N-Kanal-JGFET bestehen, gekennzeichnet :o durch die Kombination folgender Merkmale:

a) jede Haupt- bzw. Hüfstorschaitung (23, 24 bzw. 29,30) besteht aus einem Schiebetorschaltungsabschnitt (231, 241 bzw. 291, 301) und einem Takttorschaltungsabschnitt (232, 242 bzw. 292, 302) aus jeweils einem Paar komplementärer JGFET;

b) die Gates der Haupt-Schiebetorschaltungsabschnitte(231 bzw. 241) bilden jeweils gemeinsam den Eingang (21 bzw. 22) ihres Speicherele- w mentes, ihre Drains führen gemeinsam zum Eingang (!'." bzw. 26) des nachgeschaiteten Inverters (27 bzw. 28);

c) die Gates der Hilfs-Schiebetorschaltungsabschnitte (z. B. 291) sind mit c^m Ausgang des zugeordneten Inverters (ζ. Β. 27) verbunden, ihre Drains sind gemeinsam auf den Eingang

(z. B. 25) dieses Inverters (ζ. Β. 27) rückgekoppelt;

d) der Drain des N- bzw. P-Kanal JGFET (z. B. -<o 232Λ/ bzw. 232P; eines Takttorschaltungsabschnitts (z. B. 232) ist mit der Source des N- bzw. P-Kanal-JGFET (z. B. 231N bzw. 23\P) des zugehörigen Schiebetorschaltungsabschnitts

(z. B. 231) verbunden;

e) den Gates CGn, G₁₃) der N-Kanal-JGFET des Haupt-Takttorschaltungsabschnittes (232, 242) und der P-Kanal-JGFET des Hilfs-Takttorschaltungsabschnittes (292,302) des ersten bzw. zweiten Speicherelementes werden die Impulse ϊο einer ersten bzw. zweiten Taktphase (<£t/>bzw. Φ₂ρ) zugeführt und den Gates (G 12, G14) der komplementären JGFET die entsprechenden Taktimpulse (Φιμ Φιν) mit entgegengesetzter Phasenlage.