DE2755070A1

DE2755070A1 - Flipflopschaltung

Info

Publication number: DE2755070A1
Application number: DE19772755070
Authority: DE
Inventors: George Bracey Gillow
Original assignee: NCR Corp
Current assignee: NCR Voyix Corp
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1977-12-10
Publication date: 1978-06-15
Also published as: JPS5372558A; DE2755070C2; FR2393469A1; FR2393469B1; US4072869A; GB1570549A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flipflopschaltung, die auf erste und zweite Dateneinangssignale anspricht und die einen Masterlogikteil aufweist, an den die genannten ersten und zweiten Dateneingangssignale angelegt werden und an deren Slavelogikteil ein Ausgangssignal des Masterlogikteils angelegt wird, wobei an einem Flipflopausgangssignalteil mindestens ein Flipflopausgangssignal für das Masterlogikteil erzeugt wird.

Eine bekannte Flipflopschaltung der eingangs genannten Art besteht aus einem Masterlogikteil mit zwei Kaskadenstufen aus Verknüpfungsgliedern, die mit einem Slavelogikteil verbunden sind, das ebenfalls zwei Kaskadenstufen aus logischen Verknüpfungsgliedern enthält.

Diese bekannte Verknüpfungsschaltung weist den Nachteil auf, daß die Operationsgeschwindigkeit begrenzt ist durch die Zahl der Kaskadenlogikglieder, durch die die Signale zur Erzeugung eines Flipflopausgangssignals laufen müssen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flipflopschaltung der eingangs genannten Art aufzuzeigen, in der die vorgenannten Nachteile nicht vorhanden sind.

Die Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch das genannte Masterlogikteil und das Slavelogikteil, von denen jedes auf die Taktsignale und die komplementären Taktsignale anspricht,wobei das Masterlogikteil ein erstes Verknüpfungsglied aufweist, mit dem ein Ausgang des Slavelogikteils verbunden ist und wobei das Slavelogikteil ein zweites Verknüpfungsglied aufweist,

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dessen Eingang mit dem Flipflopausgangssignalteil verbunden ist und wobei die ersten und zweiten Verknüpfungsglieder unabhängig von den Taktsignalen und den invertierten Taktsignalen arbeiten, so daß bei fehlerhafter Synchronisation zwischen den Taktsignalen und den komplementären Taktsignalen die genannten Flipflopausgangsteile gesteuert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird. In diesen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Master-/Slaveflipflops und

Fig. 2A bis 2F Wellenformen zur Beschreibung der Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Flipflops.

Das in Fig. 1 gezeigte Flipflop besteht aus einen Masterteil 10 mit vier ODER-Gliedern 12, 14, 16, 18 und einem Slaveteil 20 mit drei ODER-Gliedern 22, 24 und 26,von denen jedes komplementäre Ausgänge (OR/NOR) aufweisen kann.

Der Masterteil 10 und der Slaveteil 20 sind so miteinander verbunden, daß der Q-Ausgang des Masterteils einen Eingang für den Slaveteil 20 bzw. für die Eingänge der Verknüpfungsglieder 22 und 24 des Slaveteils 20 bildet. Die Q_Q- und die Q~- Ausgänge (wahre und komplementäre Ausgänge) des Slaveteils 20 bilden einen Rückkopplungssperreingang für das Masterteil 10, d. h. für den Eingang des Verknüpfungsgliedes 16 im ersten Fall und für die Eingänge der Verknüpfungsglieder 12 und 14 im zweiten Fall. Der Q-Ausgang des Masterteils 10 bildet einen zusätzlichen Rückkopplungssperreingang für den Master-

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teil bzw. für die Eingänge der Verknüpfungsglieder und 18. Der Q_Q-Ausgang des Slaveteils 20 liefert einen zusätzlichen Rückkopplungssperreingang für das Slaveteil bzw. für die Eingänge der Verknüpfungsglieder und 26 des Slaveteils. Verknüpfungsglieder 12 und weisen Eingänge für die Datensignale, z. B. K und J, auf. An die Verknüpfungsglieder 12 und 18 des Masterteils werden die Taktsignale CL und die invertierten Taktsignale CL angelegt. Die gleichen Signale werden dem Slaveteil, d. h. dessen Verknüpfungsgliedern 22 bzw. 26 zugeleitet. Das Verknüpfungsglied 14 weist zusätzlich einen Eingang für das Datensignal K auf. Jedes der Verknüpfungsglieder 12-18 und 22-26 des Masterteils 10 und des Slaveteils 20 ist mit einem Transistor ausgestattet (nicht gezeigt), der einen offenen Kollektor aufweist. Durch den offenen Kollektor ist es möglich, daß mit den entsprechenden Ausgängen der Verknüpfungsglieder 12, 14, 16 und 18 des Masterteils 10 die elektrischen Verbindungen direkt anschließbar sind. Diese Technik kann als "Kollektor Dotting" bezeichnet werden, da die Ausgänge von den Kollektoren abgenommen werden. Ein Rhombus mit einem Verbindungspunkt ist mit dem Bezugszeichen 30 versehen. Durch diese Stelle wird eine "Verdrahtete-üND"-Funktion durch die Verbindung der offenen Kollektoren der entsprechenden Transistoren eines jeden der Verknüpfungsglieder 12, 14, 16 und gebildet. In ähnlicher Weise sind die wahren Ausgänge der Verknüpfungsglieder 22, 24 und 26 des Slaveteils am Punkt 32 miteinander verbunden, so daß aeine UND-Funktion entsteht und wodurch der wahre Ausgang Q₀ des Flipflops gebildet wird. Die Komplementärausgänge

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sind dagegen als "Verdrahtete-ODER"-Funktion ausgebildet, was durch einen Rhombus mit einem Punkt und einer logischen "1" angedeutet ist und mit dem Bezugszeichen 34 gekennzeichnet wurde.

Funktionsmäßig gesehen bildet das hier beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel durch den Masterteil ein J-K-Flipflop, d. h. bei der Taktierung desselben liefert es eine 1 am Ausgang, wenn der J-Eingang eine 1 ist und der K-Eingang eine O, es erzeugt am Ausgang eine O, wenn der J-Eingang 0 und der K-Eingang 1 ist und es nimmt einen zum momentanen Zustand entgegengesetzten Zustand ein, wenn beide Eingänge 1 sind und der Slaveteil 20 ist eine D-Sperre oder, was das gleiche besagt, einer seiner Ausgänge ist eine Funktion des Eingangs, der einen Taktimpuls früher vorhanden war.

Die "Maxterm"-Logikgleichungen, das sind Gleichungen, in denen logische Funktionen als Produkt von Summen ausgedrückt sind, sind mit den Maxterms beschrieben unter Hinweis auf die Nummern 12 bis der zugeordneten ODER-Glieder des Masterteils 10 und 22 bis 26 der zugeordneten ODER-Glieder des Slaveteils

Q_t+1 = (Qot+K+CL).(Q^_t+K+Q_t).(J+Q_ot)·(CL+Q_t) ^Qo(t₊1) * (CL+Q_t) . (Q_t+Q_ot) . (CL+Q_ot)

wobei Q_t+1 und °-_o(_t+i) ^die Q~ u*¹⁰ Q_o~Funktionen nach dem Taktübergang

und Q. und Q . die Q- und Q₀-Funktionen vor einem Taktübergang darstellen.

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Das in Fig. 1 dargestellte Flipflop wird mit der abfallenden Kante eines Taktimpulses getriggert. Wenn die Invertierungen "wahr" sind, ist es eine einfache Sache, die CL-und CL-Eingänge eines jeden der dargestellten Verknüpfungsglieder eingänge umzukehren, besonders die Eingänge der Glieder 12, 18, 22 und 26.

Zar Klarstellung wird darauf hingewiesen, daß alle gezeigten Signale in digitalen Systemen, in denen das Flipflop gemäß Fig. 1 einen Teil bildet, leicht erhaltbar sind. Somit würde K, das in der momentanen Ausführung gefordert wird, von einem komplementären Ausgang eines anderen Schaltkreises des Systems abgeleitet.

Bei einer Prüfung des Ausdruckes (1) ist feststellbar, daß es einen Maxterm gibt, der zur Bildung einer herkömmlichen Funktion für ein J-K-Flipflop nicht notwendig ist. Dies ist der Ausdruck (Q~.+K+Q ), der mit dem BooIschen Ausdruck für das Verknüpfungsglied 14 übereinstimmt. D. h., das Verknüpfungsglied 14 ist ein redundantes Glied, dessen Zweck später im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 2A bis 2F deutlich gemacht wird.

Durch Prüfung des Ausdruckes (2) ist feststellbar, daß dort ein Maxterm vorhanden ist, der zur Bildung einer herkömmlichen Funktion für eine D-Sperre nicht erforderlich ist. Dies ist der Ausdruck (Q.+Q . ), der mit dem Boolschen Ausdruck für das Verknüpfungsglied 24 übereinstimmt. Das Verknüpfungsglied 24 ist somit ein redundantes Glied, dessen Zweck im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 2A bis 2F später beschrieben wird.

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Es folgt eine Beschreibung der J-K-Funktion und der D-Funktion, wie sie durch die Master-/Slavetechnik ausgeführt werden können, wobei die Realisierung durch die Verbindung der Ausgänge der Verknüpfungsglieder 12, 16 und 18 in der Weise vorgenommen wird, daß eine ÜND-Funktion über deren Maxterms gebildet wird. Eine gleiche Wirkung entsteht bezüglich der Anordnung der logischen Verknüpfungsglieder 22, 24 und 26 und der Verbindung des Masterteils 10 mit dem Slaveteil 20. Die hier dargelegten Erläuterungen dienen lediglich dem Zweck, einen Hintergrund für eine Beschreibung der Probleme zu bilden, die in Systemen mit Master-/Slaveflipflops auftreten, insbesondere in solchen, wo durch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Datenimpulsen im Zusammenhang mit Taktverschiebungen Zufallstaktierungen auftreten können. Solche Taktverschiebungen treten bei übergängen von CL-/CL-Impulsen, zumindest bei solchen Systemen auf, bei denen die Taktoperationen der logischen Elemente im Bereich von 0,5 bis 5 Nanosekunden liegen.

Die Steuerung des J-K-Mastersperrkreises, z. B. SETZEN/RÜCKSETZEN (S/R), HALTEN (H) und UMSCHALTEN (T) wird realisiert durch die ÜND-Funktion des Maxterms der zuvor miteinander verbundenen Verknüpfungsglieder 12, 16 und 18. Das Verknüpfungsglied 12 bildet das K-Eingangsglied, das Verknüpfungsglied 16 das J-Eingangsglied und das Glied 18 bildet eine Sperrfunktion, die ein J-K-Flipflop als Sperre definiert. Die Sperrfunktion ist auf den Ausdruck "HALTEN" (H) bezogen.

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Es ist wesentlich, daß das Glied 18 den Zustand

z.B./
des Masterteils 10 sichert,)'U in der Abwesenheit eines Taktimpulses, wie durch eine Prüfung des Maxterms für solch ein Glied, z. B. (CL+Q), ersichtlich wird.

Beide Verknüpfungsglieder 22 und 26 sind notwendig, um die Sperrfunktion des Slaveteils 20 durchzuführen. Der Slaveteil 20, der allein dargestellt ist, kann als D-Sperre betrachtet werden. In diesem Falle liefert der Q-Ausgang des Masterteils 10 am Verknüpfungsglied 22 den D- oder Dateneingang, was normalerweise zu einer solchen Sperre gehört, während das Zustandssicherungsglied in diesem Falle das Glied 26 ist.

Die Basisfunktionen des J-K-Flipflops 10 werden nun unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm gemäß den Fig. 2A bis 2F erläutert. Zunächst wird wiederum eine kurze Erläuterung der normalen Funktion vorgenommen, bei der in dem System keine Taktverschiebung auftritt. Zunächst wird darauf hingewiesen, daß der Ausdruck "J-Funktion" gleichzusetzen ist mit dem Ausdruck "SETZEN-Funktion", "K-Funktion" ist gleichzusetzen mit "RÜCKSETZEN-Funktion" und ¹¹ J-K-Umschaltfunktion" erfordert, daß bestimmte Eingangsbedingungen an den beiden Eingängen J und K der Glieder 16 und 12 vorhanden sind. Es ist somit leicht erkennbar, daß eine Korrelation mit den getakteten S-R- (SETZEN-RÜCKSETZEN)Sperren vorhanden ist. Bei einer modifizierten Ausführungsform können die S-R-Sperren in dem Masterteil 10 und dem Slaveteil 20 verwendet werden.

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Der Ausdruck (1), der die J-Funktion bildet, ist (J+Q_ot). Der Ausdruck, der die K-Funktion bildet, ist (Q^_t+K+CL). Ein Kippen wird bewirkt, wenn J und K jeweils eine logische 1 aufweisen, so daß beide Maxterms erforderlich sind, um diese Funktion zu bilden. (CL+Q_t) dient, wie vorangehend festgestellt, als Sperre für den Masterteil 10, so daß, wie in Fig. 2A bis 2F dargestellt, die Einfügung dieses Maxterms in der Lage ist, den Zustand des Flipflops entweder auf 1 oder auf O zu halten. Alle drei Maxterms werden zur Durchführung der Kippfunktion verwendet, was bei einer Diskussion der Fig. 2A bis 2F noch verdeutlicht wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß in den Fig. 2A bis 2F die synchronisierten CL/CL-Impulse fortlaufend von links nach rechts durch die Bezugszeichen 40, 42, 44 und 46 numeriert sind, wodurch erste, zweite, dritte und vierte CL- und CL-Impulse bezeichnet werden. Verschobene Taktimpulse (CL) bei den ersten und dritten Zählimpulsen 40 und 44 sind durch die Bezugszahlen 48 und 50 gekennzeichnet. Bei 52 ist die Konsequenz eines verschobenen Taktimpulses 50 dargestellt, während die Konsequenz des verschobenen Taktimpulses 48 schwierig in der Darstellung anzudeuten ist, da diese sich über eine relativ lange Zeitperiode erstreckt. Diese Konsequenzen werden später noch im einzelnen beschrieben.

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Zunächst wird die Schaffung einer SETZEN-Ausgangsbedingung für das Flipflop in Fig. 1 beschrieben. Wie aus den Zeitdiagrammen 2C und 2D ersichtlich ist, weist K einen hohen Pegel, d. h. eine logische 1 auf, bevor der CL-Impuls 40 ankommt und J liegt anfänglich auf einer logischen O und wird vor Ankunft des CL-Impulses auf einen hohen Pegel gebracht. Für die SETZEN-Bedingung des J-K-Flipflops sind dies somit die Bedingungen (J liegt auf einem logischen Pegel 1 und K auf einem logischen Pegel 1 bzw. K=O. Dies tritt während der Gegenwart des CL-Impulses auf, bzw. genauer gesagt, eine Gliedverzögerung nach dem Wechsel des CL-Impulses auf eine logische 1, was am besten aus den Fig. 2A und 2E unter Zuhilfenahme der unteren Skala, in der eine solche "Torverzögerung" bei dargestellt ist. Dies geht ebenfalls aus dem Boolschen Ausdruck (1) hervor. Im Falle, daß der Q-Ausgang des J-K-Masterteils 10 zuvor auf einem logischen 1-Pegel war, würde er auf diesem beim Auftreten eines CL-Impulses verbleiben.

Wie aus Fig. 2F hervorgeht, ist der Ausgang Q des Master-/Slaveflipflops unwirksam. Q bleibt so lange unwirksam bis CL wieder auf logisch 0 zurückgeht oder genauer gesagt eine Gliedverzögerung nach Abfall des Taktes. Somit wurde für das Master-/Slaveflipflop gemäß Fig. 1 die Charakterisierung als ein Flipflop, das bei abfallender Flanke mit einer "Eingliedverzögerung" getriggert wird, für die SETZEN-Bedingung vorgenommen. Wenn der Q-Eingang an den Slaveteil 20 an

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den Q -Ausgang desselben durchgeschaltet wird, wird der Q-Eingang nach einer Gliedverzögerung nach Abfall des Taktüberganges Q_Q werden. Was die Sperrung betrifft, so ist bei einer Betrachtung der Wellenformen gemäß Fig. 2F zu sehen, daß Q auf der SETZEN-Bedingung, d. h. auf einer logischen 1, bleibt bis ein zweites Paar von J- und K-Eingangsbedingungen auftritt und ein zweiter Taktausgang dafür abgerufen wird.

Die Schaffung einer RÜCKSETZEN-Ausgangsbedingung R wird nun unter Bezugnahme auf die Wellenformen gemäß Fig. 2 beschrieben. Der J-Eingang wird zu logisch O und der K-Eingang wird ebenfalls zu logisch O (K=1). Der Q-Ausgang des J-K-Masterteils geht in Koinzidenz mit J nach logisch O, d. h. Q ist unabhängig von dem Takt CL bei dieser Bedingung. Nach dem Auftreten eines Taktimpulses 42 ist zu sehen, daß Q nicht als Q_Q am Slaveteil 20 erscheint. Der auf einer logischen 0 verbleibende Q-Eingang bewirkt, daß Q auf seinem gegenwärtigen logischen Ausgangspegel verbleibt bis ein nach negativ abfallender Taktübergang auftritt, durch den ein Wechsel des logischen Ausgangs vorgenommen wird, was in den Wellenformen gemäß den Fig. 2A und 2F ersichtlich ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die Durchführung der ZURÜCKSETZEN-Funktion R um eine Gliedverzögerung nach dem negativen Taktübergang bei 42 erfolgt.

Die HALTE-Funktion H wird nun unter Bezugnahme auf die Wellenformen von Fig. 2 beschrieben. Bei einem J-Eingang auf dem logischen Wert O und K auf 1 (K=O) und bei einem Q-Slaveeingang auf 0 verbleibt bei einem auftretenden Taktimpuls 44 der Q.Slaveeingang auf O. D. h. unter diesen Bedingungen

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gibt es keinen Wechsel am Ausgang des Flipflops, land zwar deshalb, weil der auf Q gehaltene Ausgang vor dem Auftreten des Taktimpulses 44 vorhanden ist.

Die Bedingung für eine Umschaltfunktion T erfordert, daß J 1 ist, K O (K=1) und Q_Q den Ausgang des Flipflops von den vorangehenden Bedingungen zu den Eingangsgliedern 12 und 14 des Masterteils zurückkoppelt, deren Ausgang sich auf O befindet. Nach Ankunft eines Taktimpulses 46 nimmt Q einen hohen Pegel, d. h. eine logische 1 an. Nun ist eine vollständige SETZEN-Bedingung für einen Wechsel des logischen Pegels von Q vorhanden, so daß in diesem Fall ein Wechsel von O auf 1 auftritt. Dies geschieht, um eine Gliedverzögerung nach dem negativen Übergang des Taktimpulses 46. Falls die Funktion des Mater-/ Slave-J-K-Flipflops von 1 auf O umgeschaltet werden soll, muß lediglich eine Invertierung des früheren Q -Rückkopplungssignals vorgenommen werden. Bei manchen Anwendungen kann es wünschenswert sein, daß K stets auf O (K=1) gesetzt ist und daß J stets auf einer logischen 1 verbleibt und daß der Gegensatz von Q₀ abgeleitet werden soll von dem das zuvor beim Durchgang eines jeden Taktimpulses zur Verfügung stand.

Im folgenden wird die Funktion der

Glieder 14 und 24 in Fig. 1 beschrieben, wobei sich die Beschreibung auf die Vermeidung von Problemen bezieht, die sich durch Freilaufbedingungen im Zusammenhang mit Verschiebungen bzw. durch Fehlen der Synchronisation zwischen dem Taktsignal CL und dem invertierten Taktsignal CL ergeben. Zunächst wird angenommen, daß das Signal CL sich auf einem hohen oder einem logischen 1-P egel nach dem Übergang

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des CL-Impulses auf dem logischen 1-Pegel befindet. Diese Bedingung ist bei 48 in Fig." 2A dargestellt. Aus Vereinfachungsgründen wird angenommen, daß die Verschiebung in etwa gleich einer "Gliedverzögerung" 54 ist. Durch die bei 48 dargestellte Verschiebung würden bereits die Schwierigkeiten beim Wechsel des logischen Ausgangs Q auftreten, und zwar würde dies zu einem Zustand führen, der sich von dem normalerweise zu erwartenden Ergebnis unterscheidet, wie es im Zusammenhang mit den vorangehenden Beschreibungen für die SETZEN-Funktion und die RÜCKSETZEN-Funktion zu erwarten wäre. Dies ist leicht daraus zu erkennen, daß K seinen übergang von einer 1 auf eine O durchzuführen hätte bevor das Zeitintervall während der SETZEN-Bedingung auftritt, d. h. um eine ''Gliedverzögerung¹¹ nach Abfall des Übergangs dee CL-Signals. Somit würde die SETZEN-Bedingung und die darauffolgenden Bedingungen niemals auftreten können.

Wie aus dem Boolschen Ausdruck (1) zu sehen ist, kann durch die Einfügung des redundanten Gliedes 14 die SETZEN-Bedingung auftreten. Dies ist leicht daraus zu sehen, daß der Maxterm erfüllt wird durch Q₀ bei einer logischen 1 (Q₀=O) oder Q_t bei einer logischen 1. Auf den Abfall des nach negativ gehenden Taktimpulsüberganges wird das eine oder das andere stets der Fall sein. Dies geht am besten dadurch hervor, daß zu dieser Zeit Q^ des Ausganges des Masterteils 10 zu Q_Q für den Slaveteil 20 wird (oder in äquivalenter Weise nimmt diesen Zustand das Master-/Slaveflipflop als ganzes an). Die dem Verknüpfungsglied 14 zugeordnete logische Bedingung wird in einfacher Weise dadurch erfüllt, daß eine

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logische Schaltvariable stets 1 oder O sein muß. (Eine Gliedverzögerung nach dem abfallenden Taktsignalübergang weisen sie den gleichen logischen Wert auf.) Somit kann K mit einem logischen O-Pegel die Funktion des Flipflops gemäß Fig. 1 beeinträchtigen, da das redundante Verknüpfungsglied 14 vorgesehen ist.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Boolschen Ausdrücke (1) und (2) eine Lösung für einen zweiten Zufallstakt beschrieben, wobei darauf hingewiesen wird, daß dies durch die Verzögerung eines zweiten Taktsignals dargestellt wird, das mit 50 bezeichnet ist. Bei 52 ist als Folge des verschobenen Impulses 50 die Auswirkung im Falle eines nicht vorhandenen redundanten Verknüpfungsgliedes 14 gezeigt. In manchen Fällen kann der Q-Ausgang des Masterteils 10 bereits auf eine logische 1 angehoben sein, wodurch der Q-Ausgang des Slaveteils 20 auf eine logische 1 gebracht werden kann. Die Eingangsbedingungen, die vorangehend im Zusammenhang mit der Arbeitsweise des Schaltkreises bei einer HALTE-Ausgangsbedingung erläutert wurden, würden auftreten. Dabei war das gewünschte Ergebnis das Zurückhalten eines vorherigen Sperrausganges beim Auftreten eines abfallenden Taktsignalübergangs. Wie aus Fig. 2 bei 52 und aus dem Boolschen Ausdruck (2) hervorgeht, kann diese Bedingung nicht aufrechterhalten werden, wenn der Q-Ausgang des Masterteils 10 bereits auf einem logischen 1-Pegel liegt. Dies kommt dadurch zustande, daß die Bedingungen für die Maxterm-Definitionen für die beiden Glieder 22 und 26 beim Auftreten eines verzögerten Taktsignals gleichzeitig erfüllt werden oder wenn CL und CL gleichzeitig einen logischen 1-Pegel annehmen.

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Die Lösung dieses Problems ergibt sich bei einer Betrachtung der Funktion der beiden Verknüpfungsglieder 14 und 24. Wie vorangehend bereits erläutert, verhindert die Funktion des Verknüpfungsgliedes 14 den Wechsel des Zustandes des Masterteils 10 auf die Ausgabe einer logischen 1, was bei 52 als Reaktion eines verschobenen Taktimpulses, was bei 50 gezeigt ist, dargestellt ist. Vorausgesetzt, daß der Ausgang Q des Masterteils 10 auf einem logischen O-Pegel gehalten wird, werden die Bedingungen für den Maxterm des Verknüpfungsgliedes 24 nicht erfüllt, d. h. der eine oder der andere von Q. oder Q . muß einen logischen 1-Pegel aufweisen. Somit verbleibt der Ausgang des Flipflops auf einem logischen O-Pegel oder, was das gleiche besagt, der Ausgang für die HALTE-Funktion ist sichergestellt.

In der Wellenform gemäß Fig. 2F ist kein Wechsel aufgetreten, um zu betonen, daß ein einzelner verschobener Taktimpuls Anlaß zur Fortpflanzung eines Fehlers geben kann, so daß fehlerhafte Ausgänge am Master-/Slaveflipflop gemäß Fig. 1 auftreten würden. Wenn somit einmal eine Verschiebung aufgetreten ist, könnte es der Fall sein, daß kein voraussagbares Ergebnis am Ausgang des Flipflops gemäß Fig. 1 zu erzielen ist. Z. B. wird auf den Fall verwiesen, daß unmittelbar nach dem Auftreten einer Taktverschiebung Bedingungen für eine Umschaltfunktion gesetzt werden, die in nicht bestimmbarer Weise ausgeführt werden. Fehlerhafte Q -logische Pegel würden in unbestimmbarer Weise erzeugt. Wie aus Fig. 2 genauer hervorgeht, ist die Folge einer Taktverschiebung 50 das vorzeitige Auftreten eines logischen 1-Pegels am Ausgang Q des

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Masterteils 10, was bei 52 gezeigt ist, wodurch unmittelbar eine Umschaltefunktion, wiederum zu früh, hervorgerufen wird. Durch die logische Ausdehnung der vorangehend besprochenen Umschaltfunktion würde der Ausgang des Kreises unbestimmbar unkorrekt sein oder bis zum Auftreten einer zweiten Taktverschiebung dauern. Daraus geht hervor, daß das plötzliche Auftreten eines fehlerhaften Ausfalles für die Aufrechterhaltung der HALTE-Funktion bewirkt, daß gemäß der Wellenform nach Fig. 2 ein hoher Pegel vor der Ankunft des nächsten Taktsignals erscheint, wodurch bewirkt würde, daß sowohl die Umschaltung von dem logischen 1-Pegel auf den logischen O-Pegel erfolgen würde und daß im Gegensatz zu dem gewünschten ein unbestimmbarer Fehler so lange vorhanden ist, als die Dateneingänge J und K für die Umschaltung gesetzt sind.

Verschiedene Modifikationen sind möglich. Bei solchen Modifikationen können die verschiedenen Eingänge des Masterteils durch logische Glieder kombiniert werden, so daß eine erste Art von logischen Funktionen entsteht. Die Ausgänge dieser Glieder können durch eine zweite Art von logischen Funktionen kombiniert werden. Die gleichen Bedingungen können an dem Slaveteil angelegt werden, insofern der "wahre" Ausgang bestimmt wird. Sein komplementärer Ausgang leitet sich von zugeordneten logischen Teilen ab, die entgegengesetzt zu denen für die Bestimmung des wahren Ausgangs sind. Beispielsweise könnte eine alternative Anordnung aus logischen Elementen für die Verwendung in einem Master-/Slave-J-K-Flipflop darin bestehen, daß UND-Glieder anstelle der verdrahteten ODER-Glieder und "Verdrahtete-UND-Glieder" und "Verdrahtete-ODER-Glieder" umgekehrt werden können und daß die Eingänge in entsprechender Weise als J, CL K und CL von oben nach unten in Fig. 1 gebildet werden. Wie ersichtlich, würde in diesem Fall eine negative Logik notwendig sein (1 = ein niedriger Pegel urfö O = ein hoher Pegel) .

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In jeder alternativen Ausführungsform sind redundante Glieder vorgesehen, so daß eine zufallsfreie Flipflopoperation gewährleistet ist. Die redundanten Glieder definieren stets Maxterms, durch die Bedingungen erzwungen werden, die unabhängig von dem gleichzeitigen Vorhandensein eines Taktimpulses und seines Komplements erfüllt werden. In der gleichen Weise bestimmen die redundanten Glieder Maxterms in den Boolschen Gleichungen für den Masterteil und den Slaveteil,ohne daß Taktimpulse oder komplementäre Taktimpulse die Eingänge definieren. Somit entsteht ein exakter Ausgang auch beim Auftreten von Verschiebungen im Takt.

Es versteht sich, daß die vorangehend

beschriebene Ausführungsform auch in Emitter-gekoppelten Logiken (ECL) verwendet werden kann und daß die Anordnung auch in sogenannten Large Scale integrierten (LSI) Halbleitervorrichtungen eingesetzt werden kann.

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Claims

NCR CORPORATION Dayton. Ohio (V.St.A.) Patentanmeldung Unser Az.: Case 237O/GER FLIPFLOPSCHALTUNG Patentansprüche:

1. Flipflopschaltung, die auf erste und zweite Dateneingangssignale anspricht und die einen Masterlogikteil aufweist, an den die genannten ersten und zweiten Dateneingangssignale angelegt werden und an deren Slavelogikteil ein Ausgangssignal des Masterlogikteils angelegt wird, wobei an einem Flipflopausgangssignalteil mindestens ein Flipflop-Ausgangssignal für das Masterlogikteil erzeugt wird, gekennzeichnet durch das genannte Masterlogikteil (10) und das Slavelogikteil (20), von denen jedes auf die Taktsignale (CL) und die komplementären Taktsignale (CL) anspricht, wobei das Masterlogikteil (10) ein erstes Verknüpfungsglied (14) aufweist, mit dem ein Ausgang (qT) des Slavelogikteils verbunden ist und wobei das Slavelogikteil (20) ein zweites Verknüpfungsglied (24) aufweist, dessen Eingang mit dem Flipflopausgangssignalteil verbunden ist und wobei die ersten und zweiten Verknüpfungsglieder (14, 24) unabhängig von den Taktsignalen (CL) und den invertierten Taktsignalen (CL) arbeiten,so daß bei fehlerhafter Synchronisation zwischen den Taktsignalen (CL) und den komplementären Taktsignalen (CL) die genannten Flipflopausgangssignalteile gesteuert werden.

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2. Flipflopschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliflopausgangssignalteil Fliflopausgangssignale (Q₀) und komplementäre Flipflopausgangssignale (Q_) erzeugt und daß der Masterlogikteil (10) mehrere Verknüpfungsglieder (12, 16, 18) enthält, die eine erste Art von logischen Funktionen ausführen können und an deren Eingänge die genannten Dateneingangssignale (J, K) Taktsignale (CL) und komplementäre Taktsignale (CL), die Flipflopausgangssignale (Qq/ Qq) und ein Masterlogikausgangssignal (Q) des genannten Masterlogikteils (10) angelegt werden und daß das erste Verknüpfungsglied einen zusätzlichen Logikkreis (14) enthält, der eine erste Art von logischen Funktionen ausführen kann und daß die Ausgänge aller Verknüpfungsglieder (12, 14, 16, 18) miteinander verbunden sind, so daß eine zweite Art von logischen Funktionen ausgeführt werden können und dadurch das genannte Masterausgangssignal (Q) erzeugt werden kann.

3. Fliflopschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Logikkreis (14) als Eingangssignal eines der genannten Dateneingangssignale (z. B. K) _f das Masterausgangssignal (Q) und das komplementäre Flipflopausgangssignal (Qq) empfängt.

4. Flipflopschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Slavelogikteil (20) mehrere weitere Verknüpfungsglieder (22, 26) enthält, die eine erste Art logischer Funktionen durchführen können und an deren Eingänge das Masterausgangssignal (Q), mindestens eines der Flipflopausgangssignale (Q_Q, Q_Q) und aie Taktsignale (CL) und komplementäre Taktsignale (CL) angelegt werden und daß das zweite Verknüpfungsglied einen weiteren Logikkreis«(24) enthält, der eine erste Art logischer Funktionen

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durchführen kann und daß die Ausgänge aller Verknüpfungsglieder (22, 24, 26) des Slavelogikteils (20) miteinander verbunden sind, so daß eine zweite Art logischer Funktionen durchgeführt werden kann und dadurch die Flipflopausgangssignale (Q_o» Q_Q) erzeugt werden können.

5. Flipflopschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Logikkreis (24) als tingangssignale das Masterausgangssignal (Q) und das Flipflopausgangssignal (Q_Q) empfängt.

6. Flipflopschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Masterlogikteil (10) vier Verknüpfungsglieder (12-18) und der Slavelogikteil (20) drei Verknüpfungsglieder (22-26) enthält, die so angeordnet sind, daß die erste Art von logischen Funktionen durchgeführt werden kann.

7. Flipflopschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Art logischer Funktionen ODER-Funktionen und die zweite Art UND-Funktionen sind.

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