DE3106574A1

DE3106574A1 - Schieberegister

Info

Publication number: DE3106574A1
Application number: DE19813106574
Authority: DE
Inventors: Kenneth L. 11787 Long Island N.Y. Naiff
Original assignee: Arris Technology Inc; General Instrument Corp
Current assignee: Arris Technology Inc
Priority date: 1980-02-21
Filing date: 1981-02-21
Publication date: 1982-03-04
Also published as: DE3106574C2; IT8147842A0; GB2070304B; FR2476893B1; IT1145459B; GB2070304A; US4341960A; JPS56130897A; FR2476893A1; JPS5920195B2

Description

MÖNCHEN 84 36 38

MONCHHN

DIPL-PHYS. F. ENDLICH. POSTFACH, D-8034 QERMERINQ TELEX: S21730 pate d

Meine Akte: G-4832

Anmelderin: General Instrument Corporation, Clifton, N.J., USA

Schieberegister

Die Erfindung betrifft ein Schieberegister entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere ein statisches Schieberegister .

Bekanntlich bietet die I L-Logik große Vorteile im Hinblick auf eine Großintegration. Mit dieser Technik können Bereiche unterschiedlicher Transistoren vereinigt werden, tun die Schaltungsdichte zu erhöhen, wobei auch vorher erforderliche Transistor-

2 Verbindungen entfallen können. Ferner sind I L-Schaltungen mit anderen Techniken hergestellten Schaltungen ebenbürtig oder über-

2
legen. Beispielsweise arbeiten I L-Schaltungen schneller als n-Kanal-MOS-Schaltungen und verbrauchen weniger Leistung als CMOS-Schaltungen. Auf dem Gebiet der bipolaren Technologie er-

2
möglicht die I L-Technik beispielsweise die Beibehaltung höherer bipolarer Geschwindigkeiten.der Schaltungen, und die Möglichkeit von Großintegrationen können in gewissen Fällen im Vergleich zu der MOS-Technik übertroffen werden.

Die fundamentale I L-Logikeinheit enthält einen Inverter-Transistor und einen Injektor-Transistor, der als Stromquelle für den Inverter-Transistor dient. Der Inverter-Transistor besteht aus einem vertikalen NPN-Multiemitter-Transistor, der in der inversen Betriebsart betrieben wird. In dieser Betriebsart arbeiten die konventionellen bipolaren Emitter als Kollektor. Der

Basisantrieb des NPN-Inverters erolft durch einen lateralen PNP-Transistor, der im allgemeinen als Injektor bezeichnet wird. Auf dem Chip sind gewisse der diffundierten Bereiche des PNP-Injektors mit solchen des PNP-Inverters in dem Siliziumkörper integriert.

Die I L-Herstellung kann mit Hilfe konventioneller bipolare epi-

2
taxialer Technologien erfolgen. I L-Fertigungsverfahren können in vorhandenen bipolaren Produktionslinien hergestellt werden, so daß

2 die Entwickler andere bipolare Technologien mit der IL-Logik auf demselben Chip kombinieren können.

Die hohe Packungsdichte von I L resultiert von der Vereinfachung der zusammengefaßten Struktur in dem Siliziumkörper. Beispielsweise betreffen die die Dichte erhöhenden Faktoren die Chipgestaltung, eine kleine Anzahl von Kontakten pro Gatter, Fehlen diffundierter Widerstände, keine Verbindungsleitungen in den Einheiten sowie Vereinfachung der Verbindung der Einheiten.

2
Andere Vorteile der I L-Technologie sind im Vergleich zu der MOS-Technologie geringere Sourcespannungen, Immunität gegenüber Geräuschen und sonstigen Wechselwirkungen, wie das Tolerieren verhältnismäßig großer Änderungen der Spannungsquelle. Ferner ist

2
ein Vorteil von I L, daß innerhalb großer Bereiche von Geschwin digkeit und Leistung ein nahezu konstantes Leistungs-Verzögerungs-Verhältnis auftritt.

Wegen der erwähnten Vorteile hat das Interesse an Herstellungs-

möglichkeiten in I L-Technologie in den letzten Jahren stark zugenommen. Es besteht deshalb ein Bedürfnis an der Entwicklung

von Komponenten in I L-Technologie, welche Funktionen wie in anderer Technologie hergestellte Komponenten ausüben können. Wegen der

unterschiedlichen Eigenschaften von I L sind jedoch Neuentwicklungen von Schaltungen erforderlich, mit denen die erwähnten Vorteile möglichst weitgehend ausgenützt werden können.

Ein Anwendungsgebiet für derartige Komponenten sind Schieberegister. Ein Schieberegister dient zur Speicherung von Daten während Perioden, die gewöhnlich durch Taktimpulse representiert werden. Das Register empfängt Datensignale an seinem Eingang in einer zeitlichen Sequenz. Die Datensignale werden durch Verschieben oder Übertragung in dem Register beibehalten, wobei normaler-

weise eine Verschiebung in jeder Periode erfolgt. Nach der gegebenen Anzahl von Perioden treten die Datensignale in derselben zeitlichen Sequenz am Ausgang des Schieberegisters auf.

Ein Schieberegister besteht aus einer Anzahl von Stufen (Bits), welche dessen Speicherkapazität bestimmen. Die Datensignale werden von einer Stufe zu der nächsten in Abhängigkeit von Datenübertragungs-Steuersignalen übertragen, wobei die zeitliche Steuerung die Geschwindigkeit bestimmt, mit der die Daten von einer Stufe zu der nächsten Stufe übertragen werden.

Bei Schieberegistern unterscheidet man zwischen dynamischen und statischen Schieberegistern. Bei einem dynamischen Schieberegister wird eine datenrepräsentierende Ladung zwischenzeitlich in einem Element mit Hilfe eines Kondensators gespeichert, der oft durch die Eigenkapazität des Steueranschlusses eines Transistors gebildet wird. In dieser Weise gespeicherte Ladung verschwindet jedoch nach einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne. Um die in einem dynamischen Schieberegister enthaltenen Daten beizubehalten, muß die Frequenz zum Verschieben der Daten (die Anzahl von Vorgängen pro Zeiteinheit bei Übertragung von Daten von einem Element des Registers in das nächste) groß genug zur Übertragung der gespeicherten Ladung vor.ihrem Verschwinden sein. Obwohl die dynamischen Schieberegister in gewissen Anwendungsfällen sehr vorteilhaft sind, ist deren Nachteil bedeutsam, daß die Verschiebungsfrequenz immer größer als ein unterer Grenzwert sein muß, der von der Rate abhängt, mit der die Ladung verschwindet. Wenn die Verschiebungsfrequenz unter diesen Grenzwert abfällt, sind die in dem Schieberegister gespeicherten Daten unauffrischbar verloren.

Im Gegensatz dazu weist ein statisches Schieberegister keinen unteren Grenzwert der Verschiebungsfrequenz auf, so daß darin gespeicherte Daten selbst bei einer Verschiebungsfrequenz von O beibehalten werden. Dies kann durch Verbindung der Transistoren erzielt werden, welche das Schieberegister mit einer Rückkoppelungsbeziehung bilden, so daß die durch die Kapazität eines Registerelements gespeicherte Ladung kontinuierlich durch das Ausgangssignal eines anderen Elements verstärkt wird, das mit einer Rückkoppelung daran angeschlossen ist, so daß die Ladung selbst dann nicht verschwindet, wenn die Verschiebungsfrequenz O ist (US-PS

3 683 203) .

2 Es wurden bereits Versuche «unternommen, Schieberegister in I L-Technologie herzustellen. Einige dieser Versuche führten zu semidynamischen Schieberegistern, die stark von Prozeßparametern abhängen und deshalb nur schwer und mit entsprechend hohen Kosten herstellbar sind. Um Prozeßprobleme zu vermeiden, wurde schon ver-

sucht, statische I L-Schieberegister herzustellen, indem funktionell nahezu direkt die Struktur bekannter statischer MOS-Schieberegister kopiert wurde, was zu großen statischen D-Registern führte, die äußerst komplex sind und die bekannten Vorteile der I L-Tecnnologie nur in einem eingeschränkten Ausmaß ausnutzen können.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein statisches Schieberegi-

ster zu schaffen, das in einfacher Weise in I L-Technologie hergestellt werden kann, das eine einfache und kompakte Konstruktion aufweist, die möglichst einfach zu entwieklen ist. Jedes Element des Schieberegisters soll genau gleich wie alle anderen aktiven Elemente ausgebildet sein, um die Herstellung und Entwicklung zu vereinfachen. Jedes aktive Element soll ein möglichst einfaches Design aufweisen.

Ferner soll das statische Schieberegister Verschiebungen nach rechts und links ermöglichen. Die Richtung der Datenübertragung soll allein durch die zeitliche Sequenz der Komponenten der Datenübertragungs-Steuersignale bestimmt werden. Für dieses Register sollen keine Steuerleitungen für die Richtung der Datenübertragung erforderlich sein, die in bekannten Schieberegistern erforderlich sind, die eine Verschiebung in beiden Richtungen ermöglichen .

Außerdem soll ein derartiges Schieberegister eine derartige Rückstellung ermöglichen, daß gleichzeitig alle Komponenten des Steuersignals auf dem niedrigen Zustand gehalten werden, und danach das Steuersignal wieder erzeugt wird, dessen Komponenten die normale Sequenz aufweisen. Für dieses Schieberegister sollen keine Rückstell-Steuerleitungen erforderlich sein. Das Schieberegister soll eine hohe Dichte aufgrund der Vermeidung von Steuerleitungen für die Rückstellung und für die Richtung der Datenübertragung aufweisen, welche Leitungen normalerweise bei bekannten Schieberegistern benötigt werden, die eine Rückstellung und Verschiebung

in beiden Richtungen ermöglichen. Schließlich soll ein derartiges

I L-Schieberegister mit Hilfe konventioneller bipolarer Verarbeitungseinrichtungen herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Schieberegister der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Eründung sind Gegenstand der ünteransprüche.

Ein derartiges Schieberegister weist ein Bit oder eine Stufe auf, die eine gegebene Anzahl von aktiven Elementen enthält, die in einer Sequenz arbeitsmäßig miteinander verbunden sind. Jedes akti-

2
ve Element weist eine I L-Einheit auf, die mit einer angrenzenden Einheit arbeitsmäßig verbunden ist. Es/exne Einrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals vorgesehen, das eine Vielzahl von Komponenten aufweist, von denen eine funktionsmäßig mit einem anderen der aktiven Elemente in der Stufe verbunden ist. Jede Steuersignalkomponente enthält mindenstens einen Impuls, bei dessen Auftreten an einem Element dieses Element während der Impulsdauer erregt wird.

Die Steuersignalkomponenten werden in einer gegebenen zeitlichen Reihenfolge erzeugt. Diese Sequenz bestimmt allein die Richtung der Datenübertragung durch das Register. Eine Umkehrung der Sequenz führt deshalb zu einer Umkehr der Richtung.der Datenübertragung durch die Stufe. Es sind deshalb keine besondere Steuerleitungen für die Richtung der Datenübertragung zu den aktiven Elementen erforderlich.

Es ist eine Einrichtung zur Rückstellung der Elemente vorgesehen, die eine Einrichtung zur zeitweiligen Abschaltung des Generators für die Steuersignale während einer gegebenen Periode aufweist, nach welcher Periode der Steuersignalgenerator wieder in Betrieb gesetzt wird. Bei einer zwischenzeitlichen Ausschaltung des Steuersignalgenerators wird deshalb das Schieberegister automatisch zurückgestellt. Deshalb sind keine zusätzlichen Rückstell-Steuerleitungen für die aktiven Elemente erforderlich.

Für jede I L-Einheit in einer Stufe wird eine Steuersignalkomponente benötigt. Jede Steuersignalkomponente enthält einen Impulszug mit getrennten positiven Taktimpulsen. Die Taktimpulse der Steuersignalkompenten können sich gewünschtenfalls auch überlappen.

Jedes der aktiven Elemente hat einen Dateneingang und einen Datenausgang. Der Dateneingang jeden Elements ist funktionsmäßig mit dem Datenausgang des vorhergehenden Elements verbunden. Der Datenausgang jeden Elements ist funktionsmäßig mit dem Dateneingang des vorhergehenden Elements verbunden. Deshalb ist der Dateneingang jeden Elements funktionsmäßig in einer direkten Beziehung zudem Datenausgang des vorhergehenden Elements verbunden, und mit einer Rückkoppelung zu dem Ausgang des folgenden Elements. In Verbindung mit einer anderen Betrachtungsweise kann ferner gesagt werden, daß jedes Element funktionsmäßig eine Querverbindung sowohl mit den vorhergehenden als auch mit den folgenden Elementen aufweist. Von dieser Querverbindungs-Technik wird die statische Charakteristik des Schieberegisters abgeleitet. Jedes Element weist einen Steuersignaleingang auf, der funktionsmäßig mit dem Steuersignalgenerator verbunden ist, an welchem Eingang eine Komponente des Steuersignals zugeführt wird.

2
Jedes Element ist eine I L-Einheit, die einen bipolaren Invater-Transistor und .einen bipolaren Injektor-Transistor enthält. Der Inverter-Transistor und der Injektor-Transistor sind funktionsmäßig zwischen dem Steuersignaleingang und Masse Verbunden.

Der Injektor-Transistor ist ein bipolarer Transistor mit einer Basis, einem Kollektor und einem Emitter. Die Basis des Injektor-Transistors ist geerdet. Der Emitter ist mit dem Steuersignaleingang verbunden. Der Kollektor ist mit dem Inverter-Transistor verbunden, um eine Basis-Antriebsspannung zuzuführen.

Der Inverter-Transistor jeder Einheit ist ein bipolarer Transistor mit einer Basis, einem ersten und einem zweiten Kollektor und einem Emitter. Der Basisanschluß ist mit dem Injektor-Transistor verbunden, speziell mit dessen Kollektoranschlüß. Die Kollektoranschlüs-

se des Inverter-Transistors sind mit der vorhergehenden I L-Ein-

heit bzw. mit der folgenden I L-Einheit verbunden. Der Emitteranschluß des Inverter-Transistors ist geerdet.

Der Basisanschluß des Inverter-Transistors ist ebenfalls mit dem Dateneingang der Einheit verbunden. Der Dateneingang jeder Einheit ist direkt mit dem Datenausgang der vorhergehenden Einheit verbunden, ohne daß eine Trenneinrichtung dazwischen angeordnet ist. Da keine Trenneinrichtung zwischen den Einheiten erforderlich ist,

ist die Struktur des Schieberegisters wesentlich vereinfacht.

Da jede Einheit genau gleich wie jede andere Einheit in dem Register ausgebildet ist, sind der konstruktive Aufbau und die Herstellung vereinfacht und relativ billig. Da ferner Trenneinrichtungen, Steuerleitungen für die Richtung der Datenübertragung und Steuerleitungen für die Rückstellung nicht erforderlich sind, wird dadurch die Kompliziertheit und Größe der Stufen verbilligt, so daß eine größere Anzahl von Stufen in einem gegebenen Bereich eines Chips hergestellt werden können.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein logisches Diagramm eines Schieberegisters gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer Stufe eines Schieberegisters gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine grafische Darstellung des Steuersignals zur Verschiebung von Daten in Vorwärtsrichtung; und

Fig. 4 eine grafische Darstellung des Steuersignals zur Verschiebung von Daten in Rückwärtsrichtung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann eine gewünschte Anzahl von Stufen (Bits) vorgesehen sein. Jede Stufe B enthält vier aktive Elemente A₁,A~,A_ und A^. Jedes aktive Element A hat einen Steuersignaleingang C. ,C₂,C₃ bzw. C., einen Dateneingang D₁^d,, ,D_ bzw. D., sowie einen Rückkoppelungseingang F₁₇F ,F bzw. F.. Jedes aktive Element A ist in Fig. 1 als NOR-Glied dargestellt, weil ein Eingang"1"an dem Dateneingang D oder an dem Rückkoppelungseingang F oder an beiden Eingängen zu einem Ausgang "O" führt. Wenn andererseits sowohl der Dateneingang D als auch der Rückkoppelungseingang F sich auf "O" befindet, erzeugt das aktive Element einen Ausgang "1".

Jedes aktive Element A weist eine Querverbindung sowohl mit dem vorhergehenden als auch mit dem folgenden aktiven Element auf. Deshalb ist beispielsweise der Datenausgang des Elements A_ mit dem Dateneingang des Elements A_ und dem Dateneingang des Elements A. verbunden. Der Dateneingang des Elements A„ ist mit dem Datenausgang des Elements A₁ und mit dem Datenausgang des Elements A^

verbunden. Eine derartige Querverbindung ergibt die statische Charakteristik dieses Schieberegisters.

Fig. 2 zeigt die Struktur der aktiven Elemente A. - A.. Jedes dieser aktiven Elemente enthält einen Injektor-Transistor J₁, J₂ ^/J3 bzw. J. und einen Inverter-Transistors V.,V-,V_ bzw. V . Jeder Injektor-Transistor J ist ein bipolarer PNP-Transistor, der als Stromquelle dient, um einen Basisantrieb für den damit verbundenen Inverter-TrarH-Stor V zu liefern. Jeder Inverter-Transistor V ist ein bipolarer NPN-Multiemitter-Transistor, der in der inversen Betriebsart betrieben wird. Bei dieser Betriebsart arbeiten die bipolaren NPN-Emitter als Kollektor..

Der Emitter an Schluß 10 jeden Injektor-TransLstors J ist mit dem Steuersignaleingang C des aktiven Elements A verbunden, in dem der Injektor enthalten ist. Der Steueranschluß oder die Basis jeden Injektor-Transistors J ist mit einer Einrichtung mit einem gegebenen Potential verbunden, in diesem Fall mit Masse. Der Kollektoranschluß 14 jeden Injektor-Transistors J ist mit dem Steueranschluß oder der Basis 16 des Inverter-Transistors V verbunden, der einen Teil des aktiven Elements bildet. Die Basis 16 jedes der Inverter-Transistoren ist mit dem Dateneingang D des aktiven Elements verbunden, dessen Bestandteil der Inverter-Transistor ist.

Jeder Inverter-Transistor V hat zwei Kollektoren 18 und 20. Jeder Kollektoranschluß 18 ist mit dem Rückkoppelungseingang F des vorhergehenden aktiven Elements A in Sequenz verbunden. Jeder Kollektor 20 jeden Inverter-Transistors V ist mit dem Dateneingang D des folgenden aktiven Elements A in Sequenz verbunden. Jeder Inverter-Transistor V hat einen Emitteranschluß 22, der mit einer Einrichtung mit einem gegebenen Potential verbunden ist, in diesem Fall mit Masse. Deshalb besteht jedes aktive Element A aus einem Injektor-Transistor J und einem Inverter-Transistor V, die funktionsmäßig zwischen Steuersignaleingang und Masse angeschlossen sind. Ferner weist jedes aktive Element A eine Querverbindung sowohl mit dem vorhergehenden aktiven Element als auch mit dem folgenden aktiven Element auf.

Vier getrennte Steuersignalkomponenten werden zur Steuerung der Datenbewegung durch das Register benötigt. Eine Steuersignalkompnente ist für jedes aktive Element in einer Stufe B vorgesehen.

Die vier Steuersignalkomponenten CLK₁₇CLK₂₇CLK bzw. CLK. werden den Steuersignaleingängen C,..,C-,C_ bzw. C. von einem Steuersignalgenerator G zugeführt. Der Steuersignalgenerator G kann aus vier konventionellen Taktimpulsgeneratorenbestehen, von denen jeder ein Taktsignal CLK erzeugt sowie einer Einrichtung zur Synchronisation des Ablaufs der Taktimpulsgeneratoren in einer vorherbestimmten Sequenz. Der Steuersignalgenerator G kann wahlweise eine andere an sich bekannte Struktur aufweisen, die zur Erzeugung von Vielfachsignalen dieser Art geeignet ist.

Wie bereits erwähnt wurde, wird die Richtung der Datenübertragung durch das Schieberegister allein durch die Sequenz der Steuersignalkomponenten bestimmt. Wenn der Steuersignalgenerator vier getrennte Taktimpulsgeneratoren enfaält, kann die zeitliche Reihenfolge der Steuersignalkomponenten einfach dadurch bestimmt werden, daß jeder Taktsignalgenerator in der Sequenz zu Zeitpunkten betätigt wird, welche durch die Signale bestimmt werden, die von einem Haupt-Taktgeber empfangen werden. Beispielsweise beginnt das Taktsignal CLK₁ zu einem bestimmten Zeitpunkt (z.B. T), der durch den Haupt-Taktgeber bestimmt wird, das Signal CLK₂ beginnt eine Zeiteinheit später (T+1) nach dem durch den Haupt-Taktgeber bestimmten Zeitpunkt, das Taktsignal CLK₃ beginnt zwei Zeiteinheiten später (T+2) nach dem durch den Haupt-Taktgeber bestimmten Zeitpunkt, und das Taktsignal CLK₄ beginnt 3 Zeiteinheiten später (T+3) nach dem durch den Haupt-Taktgeber bestimmten Zeitpunkt. Um die Richtung der Datenübertragung umzukehren, werden die Taktsignale einfach in der entgegengesetzten Sequenz begonnen. Beispielsweise beginnt das Taktsignal CLK. zum Zeitpunkt (T), der durch den Haupt-Taktgeber bestimmt wird, das Taktsignal CLK_ beginnt eine Zeiteinheit danach (T+1),.das Taktsignal CLK₂ beginnt zwei Zeiteinheiten danach (T+2) und das Taktsignal CLK₁ beginnt drei Zeiteinheiten (T+3) danach. Wenn die letztere Sequenz verwendet wird, erfolgt die Datenübertragung durch das Schieberegister in einer Richtung, welche entgegengesetzt zu der Verschiebungsrichtung bei der vorhergehenden Sequenz ist.

Zu diesem Zweck ist ein Haupt-Taktgeber M mit einem Steuersignalgenerator G über eine Richtungs-Steuerschaltung H verbunden. Die Richtungs-Steuerschaltung H bestimmt die Sequenz, in der die vier

Taktimpulsgeneratoren des Steuersignalgenerators G in Abhängigkeit \on dem Ausgangssignal des Haupt-Taktgebers M betätigt werden.

An den Eingang der Richtungs-Steuerschaltung H ist eine Rückstell-Steuerschaltung R angeschlossen. Wenn die Rückste11-Steuerschaltung R betätigt wird, verursacht die Richtungs-Steuerschaltung H, daß jeder der Taktimpulsgeneratoren in dem Steuersignalgenerator G die Erzeugung von Taktimpulsen während einer vorherbestimmten Zeitspanne (die langer als die Ver2Ögerungszeit der gespeicherten Ladung ist) unterbricht, wonach die Richtungs-Steuerschaltung H bewirkt, daß die Taktimpulsgeneratoren in dem Steuersignalgenerator G erneut in der richtigen Sequenz betätigt werden. Als Folge davon wird das gesamte Schieberegister automatisch zurückgestellt.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise des beschriebenen Schieberegisters ist es zweckmäßig, zunächst die Art der Steuersignalkomponenten zu erläutern und darauf einzugehen, wie diese die Datenübertragung von einem aktiven Element zu dem nächsten in dem Schieberegister bewirken. Zu diesem Zweck sind zwei unterschiedliche Steuersignalsequenzen in Fig. 3 und 4 dargestellt. Die in Fig. 3 dargestellte Steuersignalsequenz bewirkt, daß eine Datenübertragung in dem Schieberegister in Vorwärtsrichtung (von links nach rechts in Fig. 1 und 2) erfolgt. Die in Fig. 4 dargestellte Steuersignalsequenz bewirkt eine Verschiebung in der entgegengesetzten Richtung, also von rechts nach links in Fig. 1 und 2.

Die Steuersignale weisen acht Zeitintervalle T₁ - T„ auf und die durch die vier Taktimpulsgeneratoren erzeugten Signale überlappen sich mit den durch die anderen Taktgeneratorein erzeugten Signalen. Diese Form wurde zur Vereinfachung der Erläuterung gewählt, obwohl es auch möglich ist, andere Steuersignalsequenzen zu verwenden, was beispielsweise von dem Verwendungszweck des betreffenden Schieberegisters abhängt. Es können beispielsweise anstelle von acht Zeitintervallen vier Zeitintervalle verwendet werden. Ferner können auch anstelle sich überlappender Impulse sich nicht überlappende Impulse verwendet werden.

Jeder Taktsignalgenerator erzeugt einen Impulszug, der aus einer

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Serie von positiven Impulsen mit hohem Wert besteht, deren Dauer fünf Zeitintervallen entspricht, zwischen denen Perioden mit dem niedrigen Wert mit einer Zeitdauer von drei Zeitintervallen auftreten. Bei diesem Ausführungsbeispiel arbeitet jeder Taktimpulsgenerator mit einem Vorlauf von zwei ZeitIntervallen gegenüber dem nächsten Taktimpulsgenerator. Wenn beispielsweise CLK₁ am Beginn des sechsten Zeitintervalls 1_C hoch wird, dann wird CLK₀ am Beginn

D ^

des achten Zeitintervalls T₀ hoch, CLK_ wird am Beginn des zwei-

o j

ten Zeitintervalls T₂ hoch und CLK₄ ^;wird am Beginn des vierten Zeitintervalls T. hoch, etc. Bei der umgekehrten Betriebsart sind die Impulszüge in Fig. 4 mit der Ausnahme genau gleich ausgebildet, daß sie mit der entgegengesetzten Sequenz beginnen. Wenn also CLK₄ am Beginn des sechsten Zeitintervalls T, hoch wird, dann wird CLK₃ am Beginn des achten Zeitintervalls T₀ hoch, CLK₀ wird am Beginn des zweiten Zeitintervalls T_ hoch und CLK₁ wird am Beginn des vierten Zeitintervalls T. hoch, etc."

Bei dem Auftreten eines positiven Impulses an dem Steuersignaleingang C eines aktiven Elements A wird dieses erregt. Das Fehlen eines positiven Impulses (niedriger Wert) verursacht eine Enterregung des aktiven Elements. Dies ist deshalb der Fall, weil der Basisantriebs jeden Inverter-Transistors V von dem Injektor-Transistor J abgeleitet wird, der dafür als Stromquelle dient. Jedoch arbeitet der Injektor-Transistor J nur als Stromquelle, wenn sich dessen Emitter 10 auf einem positiven Potential befindet. Wenn ein positiver Impuls dem Emitter 10 des Injektor-Transistors eines speziellen aktiven Elements A nicht zugeführt wird, wird das gesamte aktive Element enterregt und übt keine Funktion aus.

Wenn bei der in Fig. 3 dargestellten Sequenz vor dem Zeitintervall T₁ ein Datensignal L ("1" oder "0") dem Dateneingang D- des aktiven Elements A₁ zugeführt wird, sind während des Zeitintervalls T₁ de Signalkomponenten CLK₁ und CLK_ hoch, während CLK und CLK₄ niedrig sind. Die aktiven Elemente A₁ und A₂ werden deshalb erregt, während die aktiven Elemente A₃ und A₄ enterregt werden. Die Erregung des aktiven Elements A₁ bewirkt, daß das Datensignal L invertiert wird und an dem Dateneingang D_ des nächsten aktiven Elements A_ als L auftritt. Wenn beispielsweise L "1" ist, wird der Inverter-Transistor V₁ leitend, so daß der Kollektor 20 über

den Emitter 22 geerdet wird. Deshalb tritt "O" an dem Dateneingang D₂ auf. "O" an dem Dateneingang D_ hält den Inverter-Transistor V in dem nicht leitenden Zustand, so daß ein "1" Signal L an dem Dateneingang D_ auftritt. Deshalb wurde das ursprüngliche Datensignal L zweimal invertiert und tritt wieder als L auf.

Während des Zeitintervalls T„ bleiben CLK. und CLK- hoch, CLK-wird hoch und CLK. ist noch niedrig. Wenn CLK- hoch wird, wird das aktive Element A₃ erregt und das Signal L an dem Dateneingang D_ wird durch den Inverter V₃ invertiert, so daß L an dem Dateneingang D. des aktiven Elements A. auftritt. Während des dritten Zeitintervalle T- wird CLK. niedrig, wodurch das aktive Element A₁ enterregt wird und darin enthaltene Daten gelöscht werden. CLK₂ und CLK₃ bleiben hoch und CLK₄ bleibt niedrig. Während des Zeitintervalls T- bleiben die Daten in dem Zustand, in dem sie sich während des Zeitintervalls T₂ befanden, so daß keine Verschiebung erfolgt und an dem Dateneingang D₃ das Signal L und an dem Dateneingang D. das Signal L auftritt.

Während des vierten Zeitintervalls D bleibt CLK₁ niedrig, wo-

4 '

durch das aktive Element A₁ in dem enterregten Zustand gehalten wird, und die Taktsignale CLK„ und CLK_ bleiben hoch, während CLK₄ hoch wird, wodurch der an dem Dateneingang D gegebene Zustand L durch den Inverter-Transistor V. invertiert wird und als Signal L an dem Kollektor 20 des Inverters V. auftritt. Deshalb haben die Daten nach vier Zeitintervallen die Stufe durchlaufen und treten in ihrer ursprünglichen Form an dem Ausgang des letzten Elements in der Stufe auf. Während des nächsten Zeitintervalls Tj- bleibt CLK₁ niedrig, CLK„ wird niedrig und CLK., und CLK. bleiben hoch. Während dieses Zeitintervalls erfolgt keine Übertragung, L bleibt an dem Ausgang des aktiven Elements A. und L bleibt an dem Ausgang des aktiven Elements A . Das aktive Element A„ wird jedoch enterregt.

Während des nächsten Zeitintervalls T^ wird CLK. wieder hoch,

b l

CLK_ bleibt niedrig und CLK₃ und CLK. bleiben hoch. Während dieses Zeitintervalls wird ein zweites Datensignal S (entweder "1" oder ¹¹O") gegebenenfalls dem Dateneingang D₁ des aktiven Elements A^ zugeführt. Der Inverter-Transistor V. invertiert das zweite logische Signal S, so daß S~ and dem Dateneingang D- des aktiven

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Elements A₂ auftritt. Die logischen Zustände L und L bleiben in ihren vorhergehenden Positionen an den Ausgängen der akti-ven Elemente A₃ bzw. A.. Während dieses Zeitintervall wird das erste aktive Element A. in der nicht dargestellten folgenden Stufe erregt, wodurch L von dem Ausgang von A. zu L am Eingang von A₀ der nächsten Stufe invertiert wird.

Während des nächsten Zeitintervalls T_ bleibt CLK₁ hoch, bleibt niedrig, CLK- wird niedrig und CLK. wird hoch. Während dieses Zeitintervalls bleibt der invertierte Wert S des zweiten logischen Signals an dem Dateneingang D₀ des aktiven Elements A₀. Das aktive Element A₀ wird enterregt, so daß es in diesem Fall das zweite Datensignal nicht erneut invertiert. Das aktive Element A wird enterregt, wodurch die darin enthaltenen Daten gelöscht werden. Der Zustand L des Ausgangs des aktiven Elements A. bleibt unverändert, ebenso der Zustand L des ersten nicht dargestellten aktiven Elements der nächsten Stufe.

Während des nächsten Zeitintervalls T₀ bleibt CLK. hoch, CLK„

ο ι δ

wird hoch, CLK bleibt niedrig und CLK. bleibt hoch. Deshalb wird der invertierte Wert des zweiten logischen Signals S, der dem Dateneingang D₀ zugeführt wurde, nunmehr erneut durch den Inverter-Transistor V₀ invertiert und tritt als Signal S an dem Dateneingang D- desaktivenElements A, auf. Das aktive Element A₃ wird jedoch enterregt und invertiert deshalb nicht das zweite logische Signal, das zu diesem Zeitpunkt dessen Dateneingang D_ zugeführt wurde. Der logische Zustand des aktiven Elements A₄ bleibt unverändert. Die identische Arbeitsweise erfolgt in der nächsten Stufe, wobei L am Dateneingang D₂ invertiert und als L an dem Dateneingang D auftritt. Nach dem Ablauf des Zeitinterv ¹IIs T_ß beginnt der Zyklus erneut mit dem Zeitintervall T... Aus den obigen Ausführungen geht deshalb hervor', wie durch das Steuersignal die Datenübertragung durch die aktiven Elemente des Schieberegisters in der Vorwärtsrichtung bewirkt wird.

Der Ausgang jeden aktiven Elements wird zu dem Eingang des vorhergehenden aktiven Elements rückgekoppelt, so daß bei einer Annäherung der Frequenz des Steuersignals an die Frequenz Null die in dem Schieberegister enthaltenen Daten erhalten bleiben (allerdings nicht verschoben werden). Die Rückkoppelungsverbindungen dienen

3 ! Oob/4

zur Beibehaltung der Daten durch Verstärkung des Dateneingangs zu jedem erregten aktiven"Element. Beispielsweise das logische Signal an dem Ausgang des aktiven Elements A- wird zu dem Datenehgang des aktiven Elements A„ zurückgekoppelt und verstärkt das logische Signal darauf mit demselben logischen Signal, welches dazu von dem Ausgang des Elements A₁ zugeführt wird. Der Ausgang des aktiven Elements A ' ist die zweimal invertierte Version des logischen Signals an dem Ausgang des aktiven Elements A₁. Die zweimal invertierte Version eines logischen Signals ist das logische Signal selbst. Deshalb ist der Datenausgang eines aktiven Elements identisch mit dem Dateneingang des vorhergehenden aktiven Elements, Die Rückkoppelung erfolgt über jeden Kollektor 18,der mit dem Rückkoppelungseingang F des vorhergehenden aktiven Elements verbunden ist.

Um die Richtung der Datenverschiebung durch das Schieberegister umzukehren, ist es lediglich erforderlich, dieselbe Taktimpulssequenz in umgekehrter Reihenfolge zu erzeugen. Die zur Datenübertragung durch das Schieberegister in umgekehrter Richtung erforderlichen Steuersignale sind in Fig. 4 dargestellt.

Währen des ersten Zeitintervalls T₁ sind CLK₁ und CLK- niedrig, wodurch die aktiven Elemente A₁ und A- enterregt werden, während CLK- und CLK. hoch sind, wodurch angezeigt wird, daß die aktiven Elemente A- und A. erregt sind. Es sei angenommen, daß während des Zeitintervalls T₁ ein erstes logisches Signal L dem Rückkoppelungseingang F. des aktiven Elements A. zugeführt wird. Dieses Signal L wird in einem Inverter V. invertiert und das invertierte Signal L wird dem Rückkoppelungseingang F₃ des aktiven Elements A- zugeführt. Der Inverter V- invertiert das logische Signal, welches dessen Basis 16 zugeführt wird, was zu demselben logischen Zustand L führt, der dem Dateneingang D₄ des aktiven Elements A. zugeführt wird, wodurch der Rückkoppelungseingang verstärkt wird.

Während des nächsten Zeitintervalls T₂ bleibt CLK₁ niedrig, CLK„ wird hoch und CLK₃ und CLK. bleiben hoch. Deshalb wurde das aktive Element A^ derart erregt, daß der über den Rückkoppelungseingang F₂ zugeführte logische Zustand L durch den Inverter V_ invertiert wird und L am Dateneingang D_ des aktiven Elements A_ wird und zur Verstärkung des Eingangs dient.

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Während des nächsten Zeitintervalls T₃ bleibt CLK₁ niedrig, und CLK₃ bleiben hoch und CLK. wird niedrig, so daß das aktive Element A. enterregt wird. Die logischen Zustände der aktiven Elemente A₂ und A₃ bleiben unverändert.

Während des nächsten Zeitintervalls T. wird CLK₁ hoch, CLK₂ und CLK_ bleiben hoch und CLK. bleibt niedrig. Deshalb wird während diese Zeitintervalls das aktive Element A₁ erregt, so daß das logische Signal L, das diesem über den Rückkoppelungseingang F₁ von dem Ausgang des aktiven Elements A₃ zugeführt wird, durch den Inverter V₁ invertiert wird und als logischer Zustand L an dem Dateneingang D₀ auftritt.

Während des nächsten Zeitintervall T₁- bleiben CLK₁ und CLK₂ hoch, CLK wird niedrig und CLK. bleibt niedrig. Deshalb werden die aktiven Elemente A_ und A. enterregt, und die aktiven Elemente A. und A„ bleiben erregt, so daß die logischen Zustände nicht geändert werden.

Während des nächsten Zeitintervalls T, sind CLK₁ und CLK- hoch, CLK₃ bleibt niedrig und CLK. wird hoch, wodurch das aktive Element A. erregt wird, das nun ein zweites logische Signal S an dem Rückkoppelungseingang F. empfängt. S wird in dem Inverter V. invertiert, so daß ein logischerzustand S an dem Rückkoppelungseingang F₃ des aktiven-Elements A₃ auftritt. Die logischen Zustände der aktiven Elemente A₁ und A_ bleiben unverändert. Der logische Zustand L wird auf das aktive Element A₄ in der vorhergehenden Stufe übertragen.

Während des nächsten Zeitintervalls T- bleibt CLK₁ hoch, wird niedrig, CLK₃ bleibt niedrig und CLK. wird hoch. Deshalb wird das aktive Element A_ enterregt, aber keine Daten übertragen

Während des nächsten Zeitintervalls Tg bleibt CLK₁ hoch, CLK₃ bleibt niedrig, CLK₃ wird hoch und CLK₄ bleibt hoch. Deshalb wird das aktive Element A₃ erregt, wodurch das zweite logische Signal £5 erneut invertiert wird und als Zustand S an dem Rückkoppelungseingang F_? des aktiven Elements A₂ auftritt. Ferner wird der logische Zustand des ersten logischen Signals von dem Element A₄ auf das Element A, der vorhergehenden Stufe übertragen.

Aus den obigen Ausführungen geht deshalb hervor, daß einfach

-2D-

durch Umkehr der Sequenz der Taktsignale die Daten in der umgekehrten Richtung in dem Schieberegister übertragen werden können.

Ein statisches Schieberegister der beschriebenen Art kann deshalb

2
in I L-Technologie hergestellt werden und nutzt einfach und gleich

ausgebildete I L-Einheiten als aktive Elemente. Das Schieberegister ermöglicht eine Verschiebung in beiden Richtungen und die Richtung der Datenverschiebung wird allein durch die Sequenz der Komponenten des zugeführten Steuersignals bestimmt. Deshalb sind keine äußeren Steuerleitungen für die Bestimmung der Richtung der Datenübertragung erforderlich. Ferner kann eine Rückstellung des Schieberegisters in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß alle Steuersignalkomponenten gleichzeitig niedrig gemacht werden und danach die Steuersignalsequenz erneut begonnen wird. Keine Trenneinrichtungen sind zwischen den aktiven Elementen des Schieberegisters erforderlich. Durch die Vermeidung der Verwendung bisher erforderlicher Trenneinrichtungen, von Steuerleitungen für die Richtung der Datenübertragung und für die Rückstellung ergibt sich eine vereinfachte Struktur, die eine größere Dichte pro Flächeneinheit des Chips ermöglicht.

Claims

DIPL-PHYS F ENDLICH " ' 3106574

PATENTANWALT ' "^ ■ 19. Feb.1981 E/m

If^¹ MÖNCHEN B4 36 38

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH, POSTFACH, D-8034 GERMERINQ

"TBNDUCH

TELEX: 521730 paled

Meine Akte: G-4832

Anmelderin: General Instrument Corporation, Clifton, N.J., USA

Patentansprüche

/1.)Schieberegister mit einer Stufe (B), die aus einer gegebenen Anzahl von aktiven Elementen besteht, die funktionsmäßig in einer Sequenz verbunden sind, mit einem Generator (G) zur Erzeugung eines Steuersignals mit einer Vielzahl von Komponenten (CLK), von denen jede funktionsmäßig mit einem anderen der Elemente (A) verhunden ist und mindenstens einen Impuls aufweist, während dessen Dauer das betreffende Element (A) erregt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß jedes Element (A) aus einer I L-Einheit (J,V) besteht und daß jedes Element eine Querverbindung zu einem angrenzenden Element aufweist.
2. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (CLK) mit einer gegebenen Sequenz erzeugt werden und daß diese Sequenz die Richtung der Datenübertragung durch die Stufe (B) bestimmt.
3. Schieberegister nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umkehr der Sequenz zur einer Umkehr der Richtung der Datenübertragung durch die Stufe (B) erfolgt.
4. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Ruckstell-Steuerschaltung

(R) zur Rückstellung der Stufe (B) vorgesehen ist, die eine

Einrichtung zur Entaktivierung des Steuersignalgenerators (G) während eines vorherbestimmten Zeitintervalls aufweist, wonach dieser wieder reaktiviert wird.
5. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Komponenten (CLK) aus einem Impulszug besteht.
6. Schieberegister nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulszüge sich überlappen.
7. Schieberegister nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulszüge sich nicht überlappen.
8. Schieberegister nach Anspruch 1, bei dem jedes der Elemente (A) einen Dateneingang und einen Datenausgang aufweist, dadurch gekennzei c hnet, daß der Dateneingang (D) jeden Elements (A) mit dem Datenausgang des vorhergehenden Elements

(A) verbunden ist, und daß der Datenausgang jeden Elements (A) mit dem Dateneingang (D) des vorhergehenden Elements (A) verbunden ist.
9. Schieberegister nach Anspruch 1, bei dem jedes der Elemente (A) einen Dateneingang und einen Datenausgang aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenausgang jeden Elements (A) mit dem Dateneingang des folgenden Elements (A) und der Dateneingang (D) jeden Elements mit dem Datenausgang des folgenden Elements verbunden ist.
10. Schieberegister nach Anspruch 1, bei dem" jedes der Elemente (A) einen Dateneingang und einen Datenausgang aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Däteneingang

(D) jeden Elements (A) mit dem Datenausgang sowohl des vorhergehenden als auch des folgenden Elements (A) verbunden ist.
11. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn et, daß jedes Element (A) eine Querverbindung mit beiden benachbarten Elementen (A) aufweist.
12. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element (A) einen Steuersignaleingang (C) aufweist, der mit dem Steuersignalgenerator (G) verbunden ist, um eine unterschiedliche Komponente der Steuer-

- 3 signalkomponenten (CLK) zuzuführen.
13. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß jede der I L-Einheiten einen Steuersignaleingang (C) , einen Inverter-Transistor (V) und einen Injektor-Transistor (J) aufweist, und daß der Injektor-Transistor (J) zwischen dem Steuersignaleingang (C) und einer Quelle mit einem gegebenen Potential verbunden ist.
14. Schieberegister nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialquelle Masse ist.
15. Schieberegister nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor-Transistor (J) einen Steueranschluß (12) sowie erste und zweite Anschlüsse (10,14) aufweist, daß der Steueranschluß (12) mit einer Quelle mit einem vorgegebenen Potential verbunden ist, daß der erste Anschluß (10) mit dem Steuersignaleingang (C) verbunden ist, und daß der zweite Anschluß (14) mit dem Inverter-Transistor (V) verbunden ist.
16. Schieberegister nach Anspruch 15, dadu rch gekennzeichnet, daß die Potentialquelle Masse ist.
17. Schieberegister nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß (10) des Injektor-Transistors (J) der Emitter ist.
18. Schieberegister nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anschluß (14) des Injektor-Transistors (J) der Kollektor ist.
19. Schieberegister nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Inverter-Transistor (V) einen Sieueranschluß (16) sowie erste, zweite und dritte Anschlüsse (18, 20,22) aufweist, daß der Steueranschluß (16) des Inverter-Transistors (V) mit dem Injektor-Transistor (J) verbunden ist, daß der erste Anschluß (18) mit der vorhergehenden Einheit (A) verbunden ist, daß der zweite Anschluß (20) mit der folgenden Einheit (A) verbunden ist, und daß der dritte Anschluß (22) mit einer Quelle für ein gegebenes Potential verbunden ist.
20. Schieberegister nach Anspruch 19, dadurch ge kenn-

- 4 zeichnet, daß die Quelle Masse ist.
21. Schieberegister nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Anschlüsse (18,20) des Inverter-Tränsistors Kollektoren sind.
22. Schieberegister nach Anspruch 19, dadurch g ekennzeichnet, daß der dritte Anschluß (22) des Inverter-Transistors ein Emitter ist.
23. Schieberegister nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (A) einen Dateneingang (D) aufweist, und daß der Steueranschluß (16) des Inverter-Transistors mit dem Dateneingang (D) verbunden ist.
24. Schieberegister nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Inverter-Transistor (V) einen Steueranschluß (16) sowie einen ersten, zweiten und dritten Anschluß (18,20,22) aufweist, daß der Steueranschluß (16) des Inverter-Transistors (V) arbeitsmäßig mit dem Injektor-Transistor (J) verbunden ist, daß der erste Anschluß (18) arbeitsmäßig mit der vorhergehenden Einheit (A) verbunden ist, daß der zweite Anschluß (20) arbeitsmäßig mit der folgenden Einheit (A) verbunden ist, und daß der dritte Anschluß (22) arbeitsmäßig mit einer Quelle mit einem vorhergegebenen Potential verbunden ist.
25. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe (B) eine gegebene Anzahl von

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I L-Einheiten enthält, und daß das Steuersignal die gegebene Anzahl von Komponenten (CLK) enthält.
26. Schieberegister nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Komponenten (CLK) mindestens einen positiven Taktimpuls enthält.
27. Schieberegister nach Anspruch 26, dad ur ch gekennzeichnet, daß die Sequenz der Impulse die Reihenfolge der Erregung der Elemente (A) bestimmt.
28. Schieberegister nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Impulse die Dauer der Erregung der Elemente (A) bestimmt.