DE2309080A1

DE2309080A1 - Binaerzaehler

Info

Publication number: DE2309080A1
Application number: DE19732309080
Authority: DE
Inventors: Yasoji Suzuki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1972-02-25
Filing date: 1973-02-23
Publication date: 1973-09-06
Also published as: CA977425A; GB1413044A; DE2309080C3; SU652921A3; DE2309080B2; JPS4889672A; IT977458B; CH565483A5; JPS5511022B2; AU5236473A

Description

Dr. F. Zum3tein sen. · Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

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TOKYO SHIBAURA ELECTRIC CO.,ITD. Kawasaki-shi

Japan

Binärzähler.

Die Erfindung betrifft einen aus Isolierschicht-Feldeffekt-Transistoren bestehenden Zähler, der insbesondere mit komplementären Isolierschicht-Feldeffekt-Transistoren ausgerüstet i&t und leicht integriert hergestellt wird.

In der letzten Zeit ist eine umfangreiche integrierte Schaltung mit einigen tausend aktiven Elementen in einem kleinen Halbleiterstück oder einer kleinen'Halbleiterplatte entwickelt und in verschiedenen Bereichen der Industrie verwandt worden. Wenn in diesem Fall die in einem einzigen Halbleiterstück gebildeten Schaltungen einen großen Raum einnehmen, muß ein entsprechend größeres Halbleiterstück verwandt werden, was die Produktivität verringert und die Herstellungskosten solcher integrierter Schaltungen erhöht.

Umfangreiche integrierte Schaltungen werden in großem Maße insbesondere im Bereich der elektronischen Rechner verwandt. Die

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Folge ist, daß auch die bei elektronischen Rechnern oft ver wandten Zähler in großem Umfang integriert sind. Die in einem Zähler verwandten Elemente sind vorzugsweise Isolierschicht- Feld effekt-Transistoren ("IGFET")» die leicht zu integrieren sind. Die in den verschiedenen Bereichen verwandten Zähler schließen einen Binärzähler ein. Der herkömmliche Binärzähler besteht aus einer bekannten Flip-Flop-Schaltung, die jedoch wegen der großen Anzahl der enthaltenen Elemente für eine Integration ungeeignet ist. Ein bekannter Binärzähler, der eine kleine Anzahl von Elementen aufweist, besteht aus Invertern aus komplementären Feldeffekt-Transistoren. Solche Zähler oder Schieberegister enthalten beispielsweise drei Inverter in Kaskadenschaltung und weitere Feldeffekt-Transistoren, die als ein erstes und ein zweites Leitungsgatter wirken, die jeweils so ausgelegt sind, daß sie die Ausgangsklemme des ersten Inverters mit der Eingangsklemme des zweiten Inverters und die Ausgangsklemme des dritten Inverters mit der Eingangsklemme des ersten Inverters mit Hilfe eines Leitungsweges verbinden, der zwischen Source und Drain der Transistoren gebildet wird. Jeder der oben genannten drei in Kaskade geschalteten Inverter aus komplementären Feldeffekt-Transistoren weist zwei Feldeffekt- Transistoren mit entgegengesetzten Leitvermögen auf, deren Leitungswege in Serie zwischen eine Energiequelle geschaltet sind. Die Gate-Elektroden der zwei Feldeffekt-Transistoren werden als Eingangsklemme und die Drain-Elektroden als Ausgangsklemme verwandt. Die oben genannten Feldeffekt-Transistoren, die jeweils als ein erstes und ein zweites Leitungsgatter wirken, werden wechselweise durch zu den Transistoren gelieferte Taktimpulse angesteuert.

Ein Binärzäaler oder ein Schieberegister des oben genannten Typs enthält eine kleine Anzahl von Elementen und ist leicht zu integrieren. Jedoch ergeben sich bei diesem Zähler insofern Probleme, als die als Eingangs- und Ausgangsklemmen der Feldeffekt- Transistoren, die die Inverter bilden, verwandten Elektroden nicht vom gleichen Typ wie diejenigen sind, die als Ein^an^s-

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und Ausgangsklemmen der als leitungsgatter wirkenden Feldeffekt-Transistoren verwandt werden. Die Gate-Elektroden der die Inverter bildenden Feldeffekt-Transistoren werden nämlich als Eingangsklemmen und die Drain-Elektroden der Transistoren als Ausgangsklemmen verwandt, während die Source-Elektroden der als leitungsgatter wirkenden Feldeffekt-Transistoren als Eingangsklemmen und die Drain-Elektroden dieser Transistoren als Ausgangsklemmen verwandt werden. Wenn daher der Binärzähler oder das Schieberegister mehrstufig gemacht werden soll, bereitet der erforderliche Musterentwurf beträchtliche Schwierigkeiten und erfordert einen großen Zeitaufwand.

Ziel der Erfindung ist daher ein Zähler, der nur aus Inverterschaltungen besteht und dessen Musterentwurf, wenn er mehrstufig gemacht werden soll, leicht ist.

Der erfindungsgemäße, dynamische Binärzähler enthält drei Inverter aus komplementären Feldeffekt-Transistoren, von denen wenigstens zwei Taktimpulsinverter darstellen, die auf den Empf von Taktimpulsen ansprechen. Der verbleibende Grundinverter ist ein Inverter aus komplementären Feldeffekt-Transistoren und weist zwei Feldeffekt-Transistoren mit entgegengesetztem Leitvermögen oder P- und N-Kanal~Typen auf, deren zwischen Source und Drain gebildete Leitungswege in Serie zwischen einer Energiequelle geschaltet sind. Die Gate-Elektroden der P- und N-Kanal-Transistoren werden als gemeinsame Eingangsklemme des Inverters und die Drain-Elektroden als gemeinsame Ausgangskiemme des Inverters verwandt. Wenn der Eingangsklemme des Grundinverters ein Signal geliefert wird, dessen Spannungswert einer der binären Ziffern "1" oder ¹¹O" entspricht, dann wird einer der zwei Feldeffekt-Transistoren leitend gemacht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das einen Spannungswert hat, der der binären Ziffer "0" oder "1" entspricht.

Jeder Taktimpulsinverter weist ein Paar Feldeffekt-Transistoren oder Scha It eiern en te auf, die die Leitungswege der zwei

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Feldeffekt-Transistoren, die einen Grundinverter bilden, mit den entsprechenden Energieversorgungsklemmen verbinden, wobei ein Transistor des PeIdeffekt-Transistorpaares vom gleichen Leitungstyp, wie einer der zwei PeIdeffekt-Transistoren des Grundinverters und der andere des Feldeffekt-Transistorpaares vom gleichen Leitungstyp wie der andere der Transistoren des Grund inverters ist. Die Gate-Elektroden des Schalttransistorpaares werden mit Taktsignalen versorgt, die komplementär zueinander sind, um die Leitungswege der Schalt transistoren gleichzeitig leitend oder nicht leitend zu machen. V/enn die Schalttransistoren leitend gemacht werden, wirkt der Taktimpulsinverter ebenso wie ein Grundinverter. Die Schalttransistoren werden so mit Taktimpulsen versorgt, daß die zwei Taktimpulsinverter veranlaßt werden, wechselweise als ein Inverter zu wirken. Das Ergebnis ist, daß von der Ausgangsseite jedes Inverters ein Ausgangssignal mit einer Frequenz erzeugt wird, die halb so groß wie die eines simultan den zwei komplementären Taktimpulskonvertern gelieferten Takt impulses ist, um die Leitungswege der Schalttransistoren gleichzeitig leitend oder nicht leitend zu machen. Wenn die Schalttransistoren leitend gemacht werden, wirkt der Taktimpulskonverter wie ein Grundinverter. Diese Schalttransistoren werden mit Taktimpulsen versorgt, um die zwei Taktimpulsinverter zu veranlassen, wechselweise als ein Inverter zu wirken. Das Ergebnis ist, daß ein Ausgang von der Ausgangsseite jede's Inverters mit einer Frequenz erzeugt wird, die halb so groß wie die eines Taktsignales ist, das simultan den zwei Taktimpuls inverterη geliefert wird. Die Taktimpulsinverter können so modifiziert werden, daß die zum Schalten verwandten Transistoren Gate-Elektroden aufweisen, die mit einem Eingangssignal versorgt werden, und daß die Transistoren, die als Inverter wirken, Gate-Elektroden aufweisen, die mit Taktimpulsen versorgt werden. Obwohl sein Musterentwurf schwieriger als bei dem zuerst genannten Taktimpulsinverter ist, macht es dieser modifizierte Taktimpulskonverter möglich, daß im Gate-Kondensator oder Eingangs-Kondensator des

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■benachbarten Inverters oder Takt impuls inverters gespeicherte Daten über einen längeren Zeitabschnitt abgedämpft werden.

Der Inverter oder der Takt impulsinverter arbeitet im allgemeinen mit einer Gleichspannung fester Höhe. Diese Spannung kann jedoch durch Taktimpulssignale ersetzt werden. In diesem Pail werden die Taktimpulssignale als Energieversorgung verwandt, was den Musterentwurf erheblich erleichtert.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine den Betrieb stabilisierende Schaltung oder eine Rückkopplungsschaltung an der Ausgangsseite jedes in einem dynamischen Binärzähler enthaltenen Taktimpulsinverters vorgesehen, um die Dämpfung der gespeicherten Daten an der Ausgangsseite zu kompensieren und um dadurch einen statischen Binärzähler zu bilden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Anzahl der oben genannten dynamischen oder statischen Binärzähler in Kaskade geschaltet, um ein mehrstufiges Zählersystem zu bilden. Wenn in einem solchen mehrstufigen Zählersystem die Taktimpulsinverter in der zweiten Stufe mit Ausgangstakt impulsen von der ersten Stufe versorgt werden, die komplementär zueinander sind, werden wechselweise komplementäre Signale zum Steuern der dritten Stufe von der zweiten Stufe erzeugt. Wenn eine Anzahl η von Binärzählern in Kaskade geschaltet ist, gibt die n-te Stufe ein Ausgangssignal ab, das eine Frequenz aufweist, die gleich dem 1/2ⁿ-fachen der Frequenz der Taktimpulssignale ist, die der ersten Stufe geliefert werden.

Im folgenden werden beispielsweise, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen dynamischen Binärzählers.

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Pig. 1B zeigt den logischen Plan des in Fig. 1A dargestellten Zählers.

Pig. 1C zeigt in einer Tabelle die bei der Arbeit des in Pig. 1A dargestellten Zählers durch eine positive Logik verwandten Spannungen.

Pig. 2 zeigt die Wellenform von Signalen, die die Arbeit des in Pig. 1 dargestellten Zählers erläutern.

Fig. 3 ist eine Modifikation eines Takt impuls inverters, der bei dem in Pig. 1A dargestellten Zähler verwandt wird.

Pig. 4A zeigt das Schaltbild eines statischen Binärzählers, der von dem in Pig. 1A dargestellten dynamischen Binärzähler abgeleitet ist.

Pig. 4B zeigt den logischen Plan des in Fig.4A dargestellten Zählers.

Fig. 4C zeigt den logischen Plan einer Hod,ifikation eines statischen Binärzählers.

Pig. 5A zeigt einen statischen Binärzähler mit einer direkten Vorstellklemme, der eine Modifikation des in Pig. 4A dargestellten statischen Binärzählers ist.

Pig. 5B zeigt den logischen Plan des in Fig. 5A dargestellten statischen Binärzählers.

Fig. 6a und 7A sind Schaltbilder von statischen Binärzählern mit einer direkten Rückstellklemme.

Fig. 6B und 7B sind die logischen Pläne der in den Fig. 6A und 7A dargestellten statischen Binärzähler.

Fig. 8A zeigt ein Schaltbild eines statischen Binärzählers mit einer direkten Vorstellklemme.

Fig. 8B ist ein schematisches Schaltbild des in Fig. 8A dargestellten statischen Binärzählers.

Pig· 9A zeigt ein mehrstufiges Zählersystem, das dadurch erhalten wird, daß eine Anzahl von erfindungsgemäßen Binärzählern in Kaskade geschaltet wird.

Pig. 9B zeigt ein mehrstufiges statisches Zählersystem, das dadurch erhalten wird, daß eine Anzahl der in Fig. 4A dargestellten· statischen Binärzähler in Kaskade geschaltet wird.

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Pig. 1Α zeigt das Schaltbild und Pig. 1B den logischen Plan einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen dynamischen Binärzählers. Wie es in Pig. 1B dargestellt ist, sind ein erster, ein zweiter und ein dritter Inverter 1,2 und 3 in Kaskade geschaltet. Die Ausgangsklemme des dritten Inverters ist mit der Eingangsklemme des ersten Inverters verbunden. Der erste und der zweite Inverter 1 und 2 sind Taktimpulsinverter, die im Wechsel auf den Empfang von zueinander komplementären Taktimpulssignalen Q1 und Q1 arbeiten. Wie es in Pig. 1A dargestellt ist, weist jeder der drei Inverter 1 bis 3 komplementäre Feldeffekt-Transistoren auf. Der dritte Inverter 3 hat einen P-Kanal-IGFET 31 und einen N-Kanal-IGFET 32. Die Drain-Elektroden dieser IGPETs 31 und 32 sind zur Verwendung als Ausgangsklemmen miteinander verbunden, und die Gate-Elektroden sind miteinander verbunden, um als Eingangsklemme zu wirken. Die Sounj.e-Elektrode des IGPET 31 ist mit einem Punkt verbunden, an dem eine Spannung V_DD anliegt, und die Souree-Elektrode des IGPET 32 ist mit einem Punkt verbunden, an dem eine Spannung V™ anliegt, wodurch eine Serienschaltung der Leitungswege, die zwischen Source und Drain der beiden IGPETs gebildet sind, zwischen eine Energiequelle hervorgerufen wird.

Der erste Inverter 1 enthält IGPETs 11 und 12, die in derselben Beziehung zueinander stehen, wie die IGPETs 31 und 32 des dritten Inverters, einen IGPET 13, der dasselbe Leitvermögen wie der IGFET 11 aufweist, und die Souree-Elektrode des IGPET 11 mit dem V-jyp-Energieversorgungspunkt über den Leitungsweg des IGPET 13 verbindet, und einen IGPET 14, der dasselbe Leitvermögen v;ie der IGPET 12 aufweist und die Souree-Elektrode des IGPET 12 mit dem V_ss~Energieversorgungspunkt über den Leitungsweg des IGPET 14 verbindet. Der zweite Inverter enthält IGPETs 21,22,23 und 24, deren Leitungswege in Reihe in derselben Beziehung zueinander zwischen eine Energiequelle geschaltet sind, wie sie die Leitungswege der IGFETs 11,12,13 und 14 des'ersten Inverters 1 zueinander aufweisen. Die IGPETs 13,14,23 und 24

werden zum Schalten verwandt. Die Ga te-Elektroden der IGi¹ETs 13 und 14 werden mit zueinander komplementären TaktimpulsSignalen Q1 und Q1 versorgt, um die IGFETs 13 und 14 gleichzeitig leitend oder nicht leitend zu machen. Wenn die Leitungswege der IGPETs 13 und 14 leitend gemacht werden, arbeiten die zugehörigen IGPETs 11 und 12 offensichtlich als Inverter, wie es die IGPETs 31 und 32 des ersten Inverters tun. Die Gate-Elektroden der IGPETs 23 und 24 des zweiten Inverters 2 werden mit zueinander komplementären TaktimpulsSignalen Q1 und §1 jeweils versorgt, wodurch eine wechselweise Betätigung des ersten und des zweiten Taktimpulsinverters 1 und 2 ermöglicht wird.

Kondensatoren Ca und Cb, die in Pig. 1A in unterbrochenen Linien dargestellt sind, repräsentieren jeweils Eingangskondensatoren des zweiten und dritten Inverters 2 und 3, die dazu dienen, die Ausgangssignale vom ersten und zweiten Inverter 1 und 2 zu speichern.

In Fig. 1A sind die Substrate der jeweiligen IGPETs durch Pfeile bezeichnet. Die P-Kanal-IGFETs sind durch nach außen gerichtete Pfeile gekennzeichnet, während die N-Kanal-IGFETs mit nach innen gerichteten Pfeilen dargestellt sind. Die Substrate der P-Kanal-IGPETs sind mit dem V-p-p-Energieversorgungspunkt und die der N-Kanal IGPETs mit dem V_Oq-Energieversorgungspunkt verbunden.

Im folgenden wird anhand von Pig. 2 die Arbeitsweis e des in Pig. 1 dargestellten Binärzählers beschrieben, wobei dio positive Logik verwandt wird, bei der eine Spannung von +E V ( mit der logischen Ziffer "1" und eine Spannung von O V (V_OQ)

üb

durch die logische Ziffer "O" bezeichnet wird.

I. Arbeitsweise im Zeitabschnitt ti und t2.

Während des Zeitabschnitts ti ergibt sich Q1 = "O" und Q1 = "1". Daher werden die IGPETs 13 und 14 des ersten Taktini-

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pulsinverters 1 simultan betätigt, wohingegen die IGPETs 23 und 24 des zweiten Taktimpulsinverters 2 gleichzeitig nicht leitend gemacht werden. Die Folge ist, daß nur der erste Taktimpulsinverter f arbeitet. Angenommen, daß das Ausgangssignal Q2 vom dritten Inverter 3 die logische Ziffer "1" darstellt, wird der IGPET 12 betätigt, um den ersten Taktimpulsinverter 1 zur Erzeugung eines Ausgangssignals a zu veranlassen, dessen Bedeutung die logische Ziffer "O" ist.

Während des Zeitabschnittes t2 wird Q1 = "1" und Q1 = "O" gehalten. Dementsprechend werden die IGPETs 13 und 14 des ersten Taktimpulsinverters 1 simultan nicht leitend gemacht, wohingegen die IGPETs 23 und 24 des zweiten Taktimpulsinverters 2 gemeinsam betätigt werden. Die Polge ist, daß nur der zweite Taktimpulsinverter 2 arbeitet. Während dieses Zeitabschnittes wird ein Ausgangesignal a vom ersten Taktimpulsinverter 1 (das nun die Bedeutung der logischen Ziffer "0" hat) durch den Kondensator Ca gespeichert, der in Pig. 1A in unterbrochenen Linien dargestellt ist. Da ein Eingangssignal zum zweiten Taktimpulsinverter 2 die logische Ziffer "0" darstellt, wird der IGPET 21 leitend gemacht, um ein Ausgangssignal b zu erzeugen, dessen Bedeutung die logische Ziffer "1" ist. Das Ausgangssignal b mit dem Wert "1" betätigt den IGFET 32 des dritten Inverters 3, der seinerseits ein Ausgangssignal Q2 mit dem Wert "O" abgibt. Das Ausgangssignal Q2 wirkt nicht auf den ersten Taktimpulsinverter 1 ein, der zu diesem Zeitpunkt keinerlei Ausgangssignale erzeugt.

II. Arbeitsweise während der Zeitabschnitte t3 und t4

Während des Zeitabschnittes t3 ist Q1 = "0" und Q1 = ¹M". Da-. her arbeitet der erste Taktimpulsinverter 1, wohingegen der zweite Taktimpulsinverter 2 nicht betätigt ist. Während dieser Zeit wird ein Ausgangssignal b ("1") vom zweiten Inverter 2 durch den Eingangskondensator Gb des dritten Inverters 3 gespeichert, der in unterbrochenen Linien in Pig. 1A dargestellt

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ist. Ein Ausgangssignal Q2 ("0") vom dritten Inverter betätigt den IGPET 11 des ersten Taktimpulsinverters, um ein Ausgangssignal a ("1") zu erzeugen.

Während des Zeitabschnitts t4 wird der erste Takt impulsinverter

1 nicht leitend gemacht, um sein Ausgangssignal a("1") durch den Kondensator Ca gespeichert zu haben. Der nun arbeitende zweite Inverter 2 gibt ein Ausgangssignal b ("0") ab.

Die oben beschriebene Arbeitsweise wird in der Folge während der Zeitabschnitte t5, t6, t7 wiederholt, und jeder Inverter erzeugt ein Ausgangssignal, das eine Frequenz hat, die gleich der Hälfte derjenigen der komplementären Taktimpulssignal Q1 und Q1 ist.

Der dritte Inverter 3 in Fig. 1A kann aus einem Takt impuls inverter bestehen, der gemeinsam mit dem zweiten Taktimpulsinverter

2 betätigt werden kann. Weiterhin kann der dritte Inverter 3 zwischen den ersten und den zweiten Taktimpulsinverter 1 und 2 geschaltet sein.

Wenn für den Betrieb der jeweiligen Inverter eine Spannung der positiven Logik verwandt wird, können die Spannungen V^ und Vgg, wie in Fig.1C gezeigt, Wertekombinationen aufweisen, wie 0 V,-E V und +E V,-E V zusätzlich ζιί der bereits genannten Kombination von +E V, 0 V. Andererseits können die Spannung V-^ und V_ss auch durch Taktimpulssignale Q1 und Q1 jeweils ersetzt werden. In diesem Falle werden die Spannunge V-^ und Vg_S des ersten Taktimpulsinverters durch die Takt impulssignale Q1 und Q1 jeweils ersetzt, während die Spannungen V^ und V₃₂ des zweiten Taktimpulsinverters 2 durch Taktimpulssignale Q1 und Q1 jeweils ersetzt werden. Die Betriebsspannungen des dritten Inverters 3 werden ebenso wie die des zweiten Inverters 2 durch Taktimpulssignale ersetzt.

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Die Anordnung eines Takt impulsinverters, beispielsweise des ersten Takt impulsinverters 1, ist nicht auf die in Pig. 1A gezeigte Anordnung beschränkt, sondern kann, wie in Fig. 3 dargestellt, verändert'werden. Was den ersten Taktimpulsinverter 1 in Fig. 1A anbetrifft, so werden die Gate-Elektroden der IGFETs 13 und 14 mit Eingangssignalen und die Gate-Elektroden d«r IGFEIs 11 und 12 mit Taktimpulssignalen Q1 und Q1 jeweils versorgt.

Fig. 4A zeigt einen statischen Binärzähler, der eine Modifikation des in Fig. 1A dargestellten dynamischen Binärzählers ist. Bei diesem statischen Binärzähler ist ein dritter Inverter 3 zwischen einen ersten und einen zweiten Taktimpulsinverter 1 und 2 geschaltet. Ein Ausgang des dritten Inverters 3 wird an einen Punkt a¹ rückgekoppelt, um die Dämpfung der am Punkt a¹ befindlichen elektrischen Energie durch eine Stabilisations- oder Rückkopplungsschaltung zu kompensieren, die einen vierten Taktimpulsinverter 4 enthält, der auf den Empfang von Taktimpulssignalen Q1 und Q1 simultan nit dem zweiten Taktimpulsinverter 2 arbeitet. Mit der Ausgangsseite b' des zweiten Täktimpulsinverters 2 sind ein fünfter Inverter und ein sechster Taktimpulsinverter 6 verbunden, die simultan mit dem ersten Taktimpulsinverter 1 auf den Empfang von Taktimpulssignalen Q1 und Q1 arbeiten, um einen Ausgang vom fünften Inverter 5 zum Punkt b^! rückzukoppeln.

Im folgenden wird anhand der Fig. 4A und 4B die Arbeitsweise des statischen Binärzählers beschrieben. Während des Zeitabschnittes, in dem die Takt impuls signale Q1 und Q1 die Werte "1" und "O" jeweils repräsentieren, bleibt der erste Taktimpulsinverter 1 außer Betrieb und wird der vierte Taktimpulsinyerter 4 in Betrieb gesetzt. Angenommen, daß die am Punkt a' gespeicherte Information die Bedeutung der logischen Ziffer "1" hat, wird der dritte Inverter 3 dann ein Ausgangssignal der Bedeutung "O" erzeugen, und wird folglich der vierte Taktimpulsin-

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verter 4 ein Ausgangssignal der Bedeutung "1" abgeben. Da das Ausgangssignal der Bedeutung "1" vom vierten Takt impulsinverter zusätzlich zu dem Punkt a^f geleitet wird, wird die dort gespeicherte Information vor einer Dämpfung bewahrt.

Während des Zeitabschnittes, in dem die Taktimpulssignale Q1 und Q1 die Bedeutung "O" und "1" jeweils haben, bleibt der zweite Taktimpulsinverter 2 außer Betrieb, während der sechste Inverter 6 in Betrieb gesetzt wird. Angenommen, daß die am Punkt b¹ gespeicherte Information die Bedeutung der logischen Ziffer "1" hat, wird dann der fünfte Inverter 5 ein Ausgangssignal des Wertes "O" erzeugen und folglich der sechste Taktimpuls inverter 6 ein Ausgangs signal des Wertes "1" abgeben. Da das Ausgangssignal des Wertes "1" vom sechsten Inverter 6 dem Punkt b¹ zusätzlich geliefert wird, wird die dort gespeicherte Information vor einer Dämpfung bewahrt.

Der oben beschriebene statische Binärzähler kann auf die in Pig. 4C dargestellte Weise, ausgehend von dem in Fig. 1A dargestellten dynamischen Binärzähler modifiziert werden. Bei dieser Modifikation ist eine Serienschaltung aus einem vierten Inverter 7 und einem achten Taktimpuls inverter 8, der zusammen mit dem zweiten Taktimpulsinverter 2 arbeiten, parallel zu einem Leitungsweg zwischen dem ersten und dem zweiten Takt impuls inverter 1 und 2 geschaltet. Zwischen dem dritten Inverter 3 und dem zweiten Takt impuls inverter 2 ist ein sechster Takt impulsinverter 9 geschaltet, der simultan mit dem ersten Takt impulsinverter 1 arbeitet. Die Arbeitsweise dieses modifizierten statischen Binärzählers ist leicht dem in Fig. 4A dargestellten statischen Binärzähler zu entnehmen..

Pig. 5A zeigt das Schaltbild eines statischen Binärzählers mit einer direkten Vorstellklemme, der eine Modifikation des in Pig. 4A dargestellten statischen Binärzählers darstellt, bei der - wie in Fig. 5B gezeigt - der dritte und der fünfte Inver-

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ter aus jeweils einer ersten und einer zweiten NAND-Schaltung 40 und 50 bestehen. Die erste NAND-Schaltung 40 enthält einen P-Kanal-IGPET 41 und einen N-Kanal-IGI¹ET 42, deren Gate-Elektroden mit der Ausgang sklename des ersten Takt impuls inverters 1 verbunden sind. Die Source des ersten IGPET 41 ist mit dem V-jypj-Energieversorgungspunkt oder einer +Ε-Klemme und die Source des zweiten IGPET 42 mit dem Vgg-EnergieversorgungBpunkt oder einer Erdungsklemme verbunden. Die erste NAND-Schaltung 40 enthält weiterhin einen P-Kanal-IGPET 43 und einen N-Kanal-IGPET 44, deren Leitungswege in Serie mit dem Leitungsweg des oben genannten zweiten IGPET 42 zwischen eine" Energiequelle geschaltet sind. Die Drain-Elektroden der IGPETs 43 und 44 werden als Ausgangsklemmen verwandt und sind ebenfalls mit der Drain-Elektrode des oben genannten ersten IGPETs 41 verbunden. Die Gate-Elektroden der IGPETs 43 und 44 sind mit. der direkten Vorsteilklemme verbunden.

Die zweite NAND-Schaltung 50 enthält IGPETs 51,52,53 und 54, die in der gleichen Beziehung zueinander wie die IGPETs 41,42, 43 und 44 der ersten NAND-Schaltung 40 geschaltet sind.

Wenn die direkte Vorstellklemme mit einem Signal der Bedeutung "0" versorgt wird, werden die IGPETs 43 und 53 leitend gemacht, wohingegen die IGFETs 44 und 54 nicht leitend bleiben. Das Ergebnis ist, daß die erste und die zweite NAND-Schaltung 40 und 50 zur Erzeugung eines Ausgangssignals des Wertes "1" gezwungen werden, wodurch verhindert wird, daß die betreffende Vorrichtung als Ganzes als ein Zähler arbeitet. Wenn umgekehrt die direkte Vorstellklemme mit einem Signal des Wertes "1" versorgt wird, i^ann bleiben die IGPETs 43 und 53 nicht leitend, wohingegen die IGFETs 44 und 54 leitend gemacht werden. Dementsprechend werden die erste und die zweite NAND-Schaltung 40 und 50 dazu gebracht, daß sie als Inverter durch die IGFETs 41 und 42 und die IGPETs 51 und 52 jeweils wirken, wodurch der betreffen-

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den Vorrichtung eine Punktion als Zähler ermöglicht wird.

Fig. 6A zeigt das Schaltbild eines statischen Binärzählers mit einer direkten Rückstellklemme, der eine Modifikation des in Fig. 4A dargestellten statischen Binärzählers darstellt, bei der der dritte und der fünfte Inverter, wie in Fig. 6B dargestellt, aus einer ersten und einer zweiten NOR-Schaltung 60 und 70 jeweils besteht. Die erste NOR-Schaltung 60 enthält einen P-Kanal-IGFET 61 und einen N-Kanal-IGFET 62, deren Gate-Elektroden mit der Ausgangsklemme des ersten Taktimpulsinverters 1 verbunden sind, und deren Leitungswege in Serie miteinander geschaltet sind. Die erste NOR-Schaltung 60 enthält weiterhin einen P-Kanal-IGFET 63, der die Source-Elektrode des IGFET 61 mit der +E V-Klemme über den Leitungsweg des P-Kanal-IGFET 63 verbindet, und einen N-Kanal-IGFET 64, dessen. Leitungsweg parallel zu dem Leitungsweg des IGFET 62 geschaltet ist. Die Source-Elektrode des IGFET 62 ist mit einer Erdungsklemme verbunden, und die Drain-Elektroden der IGFETs 61 und 62 sind gemeinsam mit der Eingangsklemme des zweiten Takt impulsinverters 2 verbunden. Die Gate-Elektroden der IGFETs 63 und 64 sind mit der direkten Rückstellklemme verbunden.

Die zweite NOR-Sohaltung 70 enthält IGFETs 71,72,73 und 74, die in der gleichen gegenseitigen Beziehung wie die IGFETs 61,62,63 und 64 der ersten NOR-Schaltung 60 geschaltet sind.

Wenn die direkte Rückstellklemme mit einem Signal des Wertes "1" versorgt wird, bleiben die IGFETs 63 und 73 nicht leitend, während die IGFETs 64 und 74 leitend gemacht werden. Dementsprechend werden die erste und die zweite NOR-Schaltung 60 und 70 zur Erzeugung eines Ausgangssignals des Wertes "0" gezwungen, wodurch vermieden wird, daß die betreffende Vorrichtung als ein Zähler arbeitet.

Wenn umgekehrt der direkten Rückstellklemme ein Signal des Wertes "0" geliefert wird,jWWgecg«^^GJETs 63 und 73 leitend gemacht,

wohingegen die IGPETs 64 und 74 nicht leitend bleiben. Das Ergebnis ist, daß die erste und die zweite NOR-Schaltung 60 und 70 als Inverter durch die IGFETs 61 und 62 und die IGFETs 71 und 72 jeweils arbeiten, was der betreffenden Vorrichtung eine Funktion als Zähler ermöglicht.

Big. 7A zeigt das Schaltbild eines statischen Binärzählers mit direkter Rückstellklemme, der eine Modifikation des in Fig. 4A dargestellten statischen Binärzählers ist, bei der der erste und der zweite Taktimpuls inverter 1 und 2 von Fig. 4A durch eine erste und eine zweite Taktimpuls-NAND-Schaltung 80 und 90 jeweils - wie in Fig. 7B dargestellt - ersetzt wurden. Die erste Taktimpuls-NAND-Schaltung 80 enthält, wie in Fig. 7A dargestellt, zusätzlich zu den IGFETs, die den ersten Täktimpulsinverter 1 von Fig. 4A bilden, einen P-Kanal-IGFET 81 und einen N-Kanal-IGFET 82. Die zweite Taktimpuls-NAND-Schaltung 90 enthält ähnlich einen P-Kanal-IGFET 91 und einen N-Kanal-IGFET Dem statischen Binärzähler von Fig. 7A entsprechend werden dann, wenn die direkte Rückstellklemme mit einem Signal des Wertes "O" versorgt wird, die erste und die zweite Taktimpuls-NAND-Schaltung 80 und 90 gezwungen, ein Ausgangssignal des Wertes "1" zu erzeugen, und folglich werden der dritte und der fünfte Inverter

3 und 5 gewaltsam rückgestellt, um ein Ausgangssignal des Wertes "0" zu erzeugen.

Fig. 8A zeigt das Schaltbild eines statischen Binärzählers mit direkter Vorstellklemme, der eine Modifikation des in Fig. 4A dargestellten statischen Binärzählers ist, bei der - wie in Fig. 8B gezeigt - ein vierter und ein sechster Takt impuls inverter

4 und 6 aus einer ersten und einer zweiten Taktimpuls-NAHD-Schaltung 100 und 110 besteht. Die Arbeitsweise der in Fig. 8A dargestellten Ausführungsforra kann leicht von der der vorhergehenden Ausführungsformen abgeleitet werden.

Eine Kaskadenschaltung einer Anzahl der oben erwähnten dynamisohon odor statischen Binärzähler ermöglicht die Ausbildung

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eines mehrstufigen dynamischen oder statischen Zählers. Wie in Fig. 9A dargestellt, werden die komplementären Ausgangssignale Q2 und Q2 von der ersten Binärzählerstufe der zweiten Binärzählerstufe geliefert und die komplementären Ausgangssignale Q3 und Q3 von der zweiten Binärzählerstufe zur dritten Binärstufe geleitet. Die oben genannte Folge der Ausgangssignalversorgung wird auf die nachfolgenden Zähler angewandt, so daß von einem Binärzähler, der die n-te Stufe einnimmt, ein Ausgangssignal Q_n+-I oder Q_n+-* abgegeben wird, dessen Frequenz gleich dem 1/2 -fachen der Taktimpulssignale Q1 und Q1 ist, die anfgangs dem ersten Binärzähler geliefert wurden. Fig. 9B zeigt eine mehrstufige Anordnung der in Fig. 4A dargestellten statischen Binärzähler, wobei die erste Binärzählerstufe zueinander komplementäre Ausgangssignale Q2 und ~Q2 auf den Empfang von zueinander komplementären Taktimpulssignalen Q1 und Ci 1 erzeugt. Die zueinander komplementären Ausgänge Q2 und Q2 werden den Taktimpulsinvertern geliefert, die sich in der zweiten Binärzählerstufe befinden, die wiederum zueinander komplementäre Ausgangssignale Q3 und Q3 erzeugt. Bei Ankunft dieser Ausgangssignale Q3 und "q3 gibt die dritte Binärzählerstufe zueinander komplementäre Ausgangssignale Q4 und Q4 ab.

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Claims

Patentansprüche

1. Binärzähler mit Inverternaus komplementären Feldeffekt-Transistoren, gekennzeichnet durch wenigstens einen ersten, einen zweiten und einen dritten Inverter, von denen jeder eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme aufweist, und von denen wenigstens zwei Taktimpuls invert er sind, die auf Taktimpulssignale ansprechen,

' eine Einrichtung, die Ausgangsklemme des ersten Inverters mit der Eingangsklemme des zweiten Inverters, die Ausgangsklemme des zweiten Inverters mit der Eingangsklemme des . dritten Inverters und die Ausgangsklemme des dritten Inverters mit der Eingangsklemme des ersten Inverters zu verbinden, und eine Taktimpulssignaleinrichtung, um eine wechselweise Arbeit der Taktimpulsinverter zu bewirken, wobei von der Ausgangsseite eines dieser Inverter ein Ausgangssignal abgegeben wird, dessen Frequenz gleich der Hälfte der der Taktimpulssignale ist.

2. Binärzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Energieversorgungsklemme vorgesehen sind, zwischen denen eine Betriebsspannung anliegt, und jeder der Taktimpulsinverter einen ersten und einen zweiten Feldeffekt-Transistor mit einem bestimmten Leitvermögen und einen dritten und einen vierten Feldeffekt-Transistor mit dem entgegengesetzten Leitvermögen enthält, wobei jeder der vier Transistoren eine Gate-Elektrode und eine erste und eine zweite Elektrode aufweist, die einen Leitungsweg zwischen sich begrenzenjUnd in Serie über seinen Leitungsweg zwischen die erste und die zweite Energiever-

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sorgungsklemme geschaltet ist, die Verbindung der Leitungswege des zweiten und dritten Transistors mit der Ausgangsklemme des Taktimpuls inverters verbunden sind, die Gate-Elektroderi des zweiten und dritten Transistors gemeinsam mit der Eingangsklemme des Takt impuls inverters verbunden sind, und die Gate-Elektroden des ersten und vierten Transistors mit der Taktimpulssignaleinrichtung verbunden sind, so daß sie mit zueinander komplementären Taktimpulssignalen versorgt werden.

3. Binärzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Energieversorgungsklemme vorgesehen sind, zwischen denen eine Betriebsspannung anliegt und jeder der Takt impuls inverter einen ersten und einen zweiten Feldeffekt-Transistor mit bestimmtem Leitvermögen und einen dritten und vierten Feldeffekt-Transistor mit dem entgegengesetzten Leitvermögen enthält, wobei jeder der vier Transistoren eine Gate-Elektrode und eine erste und eine zweite Elektrode aufweist, die einen Leitungsweg zwischen sich begrenzen und in Serie über seinen Leitungsweg zwischen die erste und die zweite Energieversorgungsklemme geschaltet ist, die Verbindung der Leitungswege des zweiten und dritten Transistors mit der Ausgangsklemme des Taktimpuls inverters verbunden ist, jede der Gate-Elektroden mit der Taktimpuls'signal ein richtung verbunden ist, so daß sie mit zueinander komplementären Taktimpulssignalen versorgt wird_}und die Gate-Elektroden des ersten und des vierten Feldeffekt-Transistors gemeinsam mit der Eingangsklemme des Takt impuls inverters verbunden sind.

4. Binärzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die erste und die zweite Energieversorgungsklemme angelegte Betriebsspannung einen festen Wert hat.

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5. Binärzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die erste und die zweite Energieversorgungsklemme angelegte Betriebsspannung einen Wert hat, der sich im selben Verhältnis ändert, das die Taktimpulssignale zueinander zeigen, die den Gate-Elektroden des ersten und vierten Transistors geliefert werden.

6. Binärzähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an die erste und an die zweite Energieversorgungsklemme angelegte Betriebsspannung einen festen Wert hat.

7. Binärzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die erste und an die zweite Energieversorgungsklemme angelegte Betriebsspannung einen Wert aufweist, der sich im selben Verhältnis ändert, das die Taktimpulssignale zueinander haben, die der dritten und der zweiten Gate-Elektrode geliefert werden.

8. Binärzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der dritte Inverter Takt impuls inverter sind, und weiterhin ein vierter Takt impulsinverter, der so geschaltet ist, daß ein Ausgang des zweiten Inverters an die Eingangsseite des zweiten Inverters rückgekoppelt ist und der simultan mit dem dritten Taktimpulsinverter auf die Taktimpulssignale anspricht, ein fünfter Inverter, der mit der Ausgangsseite des dritten Taktimpulsinverters verbunden ist, und ein sechster Takt impulsinverter vorgesehen sind, der so geschaltet ist, daß ein Ausgang des fünften Inverters an die Eingangsseite des fünften Inverters rückgekoppelt ist und der simultan mit dem ersten Taktimpulsinverter auf die Takt impulssignale anspricht.

9. Binärzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Inverter Taktimpuls inverter sind, und weiterhin ein vierter Inverter, der parallel mit der

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Einrichtung zum Verbinden der Ausgangsklemme des ersten Taktimpulsinverters mit der Eingangsklemme des zweiten Taktimpulsinverters geschaltet ist, ein fünfter Taktimpulsinverter, der in Serie mit dem vierten Inverter geschaltet i3t und simultan mit dem zweiten Taktimpulsinverter auf die Taktimpulssignale anspricht, und ein sechster Takt impuls inverter vorgesehen sind, der zwischen die Ausgangsklemmen des dritten Inverters und des zweiten Taktimpulsinverters geschaltet ist und simultan mit dem ersten Takt impulsinverter auf die Takt impulssignale anspricht.

10. Binärzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der dritte Inverter Takt impuls inverter sind, der zweite Inverter aus einer ersten NAlTD-S chal tu ng mit einer ersten und einer zweiten Eingangsklemme und einer einzigen Ausgangsklemme besteht, wobei die erste Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des ersten Taktimpulsinverters und die einzige Ausgangsklemme mit der Eingangsklemme des dritten Taktimpulsinverters verbunden ist, und weiterhin ein vierter Taktimpulsinverter, der so geschaltet ist, daß ein Ausgang der ersten NAND-Sehaltung an ihre Eingangsklemme rtickgekoppslt ist ₃ und simultan mit dem dritten Taktimpulsinverter auf die Takt impulse anspricht, eine zweite NAND-Schaltung, mit einer einzigen Ausgangsklemme und einer ersten und einer zweiten Eingangsklemme, wobei die erste Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des dritten Taktimpulsinverters verbunden ist, und ein fünfter Taktimpulsinverter vorgesehen sind, der so geschaltet ist, daß ein Ausgang der zweiten NAND-Schaltung an die erste Eingang3-klemme der zweiten'NAND-Schaltung rückgekoppelt ist, und der simultan mit dem ersten Taktimpulsinverter auf die Taktimpulssignale anspricht, wobei die zweite Eingangskletnme der ersten NAND-Schaltung und die der zweiten NAND-Schaltung miteinander verbunden sind, so daß sie mit einem

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Steuersignal versorgt werden können.

11. Binärzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der dritte. Inverter Taktimpulsinverter sind, der zweite Inverter aus einer ersten NOR-Schaltung mit einer ersten und einer zweiten Eingangsklemme und einer einzigen Ausgangsklemme besteht, wobei die erste Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des ersten Takt impuls inverters und die einzige Ausgangsklemme mit der Eingangsklemme des dritten Takt impuls inverters verbunden ist, und weiterhin ein vierter Taktimpulsinverter, der so geschaltet ist, daß sein Ausgang von der ersten NOR-Schaltung an die erste Eingangsklemme der ersten NOR-Schaltung rückgekoppelt istjUnd der simultan mit dem dritten Taktimpulsinverter auf die Taktimpulssignale anspricht, eine zweite NOR-Schaltung mit einer ersten und einer zweiten Eingangsklemme und einer einzigen Ausgangsklemme, die mit der Ausgangsseite des dritten Takt impuls inverters verbunden ist, wobei die erste Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des dritten Taktimpuls inverters verbunden ist, und ein fünfter Taktimpulsinverter vorgesehen sind,der so geschaltet ist, daß sein Ausgang von der zweiten NOR-Schaltung an die erste Eingangsklemme der zweiten NOR-Schaltung rückgekoppelt ist^und der simultan mit dem ersten Taktimpulsinverter arbeitet, wobei die zweite Eing.angjsklemme der ersten NOR-Schaltung und die der zweiten NOR-Schaltung miteinander verbunden sind, so daß sie mit einem Steuersignal versorgt werden können.

12. Binärzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der dritte Inverter Taktimpuls-NAND-Schal-, tungen enthaltende Taktimpulsinverter sind, jede der ersten und dritten Taktimpuls-NAND-Schaltungen eine erste und eine zweite Eingangsklernme und eine einzige Ausgangs-

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klemme aufweist, wobei die einzige Ausgangsklemme der ersten Taktimpuls-NAND-Schaltung mit der Eingangsklemme des zweiten Inverters verbunden ist, dessen Ausgangsklemme mit der ersten Eingangsklemme der dritten Taktimpuls-NAND-Schaltung verbunden istjund die Ausgangsklemme der dritten Taktimpuls-NAND-Schaltung mit der ersten Eingangsklemme der ersten Taktimpuls-NAED-Schaltung verbunden ist, und weiterhin ein vierter ,Taktimpulsinverter, der so geschaltet ist, daß ein Ausgang des !zweiten Inverters an die Eingangsklemme des zweiten Inverters rückgekoppelt ist,, und der simultan mit den in der dritten Taktimpuls-NAND-Schaltung enthaltenen Taktimpuls invertem auf die Takt impulssignale anspricht, ein fünfter Inverter, der mit der Ausgangsseite der dritten Taktimpuls-NAND-Schaltung verbunden ist,und ein sechster Taktimpulsinverter vorgesehen sind, der so geschaltet ist, daß sein Ausgang vom fünften Inverter an die Eingangsseite des fünften Inverters rückgekoppelt ist_, und der simultan mit den in der ersten Taktimpuls-NAND-Schaltung enthaltenen Taktimpulsinvertern auf die Takt impulse anspricht, wobei die zweite Eingangsklemme der ersten Taktimpuls-NANO-Schaltung und die der dritten Taktimpuls-NAND-Schaltung miteinander verbunden sind, so daß sie mit einem Steuersignal versorgt werden können.

13. Binärzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der dritte Inverter Taktimpulsinverter sind, und weiterhin eine erste Taktimpuls-NAND-Schaltung mit einer ersten und einer zweiten Eingangsklemme und einer einzigen Aus gang skle mcne , wobei die einzige Aue gang ski emtne mit der Eingangsklemme des zweiten Inverters und die erste Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des zweiten Inverters verbunden ist, und ein Taktimpulsinverter simultan mit dem dritten Taktimpulsinverter auf die Takt impulse anspricht, ein fünfter Inverter mit einer Ausgangsklemne

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und einer Eingangsklemme, die mit der Ausgangsklemme des dritten Takt impulsinverters verbunden ist, und eine zweite HAKI)-Sehaltung vorgesehen sind, die eine erste und eine zweite Eingangsklemme und eine einzige Ausgangskleoime aufweist, wobei die einzige Ausgangsklemme mit der Eingangsklemme des fünften Inverters und die erste Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme des fünften Inverters verbunden ist, und ein Taktimpulsinverter simultan mit dem ersten Takt impulsinverter auf die Taktsignale anspricht, und die zweite Eingangskletmne der ersten Taktimpuls-NAND-Schaltung und die der zweiten Taktimpuls-NAND-Schaltung miteinander verbunden sind, so daß sie mit einem Steuersignale vesorgt werden können.

14. Mehrstufiger Zähler, bei dem jede Stufe einen Binärzähler nach Anspruch 1,7,8,9,10,11 oder 12 enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe so mit der ersten Stufe verbunden ist, daß die Taktimpulsinverter der zweiten Stufe mit den Ausgangssignalen der ersten Stufe versorgt werden.

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