DE3106574C2 - Monolithisch integrierte I↑2↑L-Schaltung für ein Mehrphasen-Schieberegister - Google Patents

Abstract

Jede Stufe des Schieberegisters enthält eine Anzahl von aktiven Elementen, welche die Funktion von NOR-Gliedern aufweisen. Jedes aktive Element enthält eine I ↑2L-Einheit, die aus einem bipolaren Inverter-Transistor und einem bipolaren Injektor-Transistor besteht. Jedes Element weist eine Querverbindung mit dem vorhergehenden und dem folgenden Element auf, wodurch sich eine statische Charakteristik des Schieberegisters ergibt. Es werden Datenübertragungs-Steuersignale erzeugt, die aus einer Anzahl von synchronisierten Impulszügen bestehen. Jeder Impulszug wird einem andern der aktiven Elemente einer Stufe zugeführt, und bewirkt dessen Erregung, wenn er hoch ist. Das Schieberegister ermöglicht Verschiebungen in beiden Richtungen. Die Richtung der Datenübertragung wird allein durch die Sequenz der Datenübertragungs-Steuersignale bestimmt. Das Schieberegister wird dadurch zurückgestellt, daß alle Komponenten des Steuersignals gleichzeitig niedrig werden, wonach eine erneute Erzeugung mit der entsprechenden Sequenz beginnt.

Description

Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte 1²L-Schaltung für ein Mehrphasen-Schieberegister entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere für ein statisches Schieberegister.

Bekanntlich bietet die I²L-Logik große Vorteile im Hinblick auf eine Großintegration. Mit dieser Technik können Bereiche unterschiedlicher Transistoren vereinigt werden, um die Schaltungsdichte zu erhöhen, wobei auch vorher erforderliche Transistor-Verbindungen entfallen können. Ferner sind i²L-Schaltungen mit anderen Techniken hergestellten Schaltungen ebenbürtig oder überlegen. Beispielsweise arbeiten I²L-Schaltungcn schneller als n-Kanal-MOS-Sch.J:ungen und verbrauchen weniger Leistung als CMOS-Schaltungen. Auf dem Gebiet der bipolaren Technologie ermöglicht die I²L-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-Logikcinheit enthält einen Inverter-Transistor und einen Injektor-Transistor, der als Stromquelle für den Inverter-Transistor dient Der Inverter-Transistor besteht aus einem vertikalen NPN-Multiemittcr-Transistor, der in der inversen Betriebsart btirieben wird. In dieser Betriebsart arbeiten die konventionellen bipolaren Emitter als Kollektor. Der Basisantrieb des NPN-Inverters erfolgt 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 NPN-Inverters in dem Siliziumkörper integriert

Die I²L-Hcrstellung kann mit Hilfe konventioneller bipolarer cpitaxialer Technologien erfolgen. I²L-Fertigungsvcrfahrcn können in vorhandenen bipolaren Produktionslinien hergestellt werden, so daß die Entwickler andere bipolare Technologien mit der I²l.-Logik ;iuf demselben Chip kombinieren können.

Die hohe Packungsdichte von I^JL resultiert von der Vcreinfiichunn der /.iisiitnmcngcfiißlcn Struktur in dem Sili/iumkörpcr. Beispielsweise belreffen die die Dichte erhöhenden Faktoren die ChipgcsUillung, eine kleine

Anzahl von Kontakten pro Gatter, Fehlen diffundierter Widerstände, keine Verbindungsleitungen in den Einheiten sowie Vereinfachung der Verbindung der Einheiten.

Andere Vorteile der I²L-Technologie sind im Vergleich zu der MOS-Technologie geringere Versorgungsspannungen, Immunitäi gegenüber Rauschen und sonstigen Wechselwirkungen, wie das Tolerieren verhältnismäßig großer Änderungen der Spannungsquelle. Ferner ist ein Vorteil von I²L, daß innerhalb großer Bereiche von Geschwindigkeit und Leistung ein nahezu konstantes Leistungs-Verzögerungs-Verhältnis auftritt.

Wegen der erwähnten Vorteile hat das Interesse an Herstellungsmöglichkeiten in I²L-Technologie in den letzten Jahren stark zugenommen. Es besteht deshalb ein Bedürfnis an der Entwicklung von Komponenten in 1²L-Technologie, welche Funktionen wie in anderer Technologie hergestellte Komponenten ausüben können. Wegen der unterschiedlichen Eigenschaften von I²L 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 repräsentiert werden. Das Register empfängt Datensignale an seinem Eingang in einer zeitlichen Sequenz. Die Datensignale werden durch Verschieben oder Übertragung in dem Register beibehalten, wobei normalerweise 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, js 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 de 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 Frequenzsum Verschieben der Daten (die Anzahl von Vorgängen ρ>Ό Zeiteinheit bei Übertragung von Daten von einem Element des Registers in das nächste) groß genug zur Übertragung der gespeicherten Ladung von 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, mii 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 0 beibehalten werden. Dies kann durch Verbindung der Transistoren erzielt werden, welche das Schieberegister mit einer Rückkopplungsbeziehung bilden, so daß die durch die Kapazität eines Registerelements gespeicherte Ladung kontinuierlich durch das Ausgangssignal eines anderen Elements verstärkt wird, das mit einer Rückkopplung daran angeschlossen ist, so daß die Ladung selbst dann nicht verschwindet, wenn die Verschiebungsfrequenz 0 ist (US-PS 36 83 203).

Es wurden bereits Versuche unternommen. Schieberegister in 1²L-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 versucht, statische PL-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 bekaiinten Vorteile der PL-Technologie nur in einem eingeschränkten Ausmaß ausnutzen können.

Bekannte monolithisch integriert I²L-Schaltungen der eingangs genannten Art für ein Zw^iphasen-Schieberegister (DE-OS 28 05 217) enthalten in Reihe geschaltete I²L-Flipflop-Schaltungen mit je einer über einen ersten Injektor von einem ersten Taktsignal gesteuerten Master-Speicherzelle und einer über einen zweiten Injektor von einem zweiten Taktsignal gesteuerten Slave-Speicherzelle. bestehend aus Elementen aus je einer 1²L-Einheit, wobei der Dateneingang jedes Elements mit dem Datenausgang eines vorhergehenden Elements verbunden ist.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, eine monolithisch integrierte I²L-Schaltung für ein Mehrphasep.-Schieberegister derart zu verbessern, daß mit einem möglichst einfachen schaltungstechnischen Aufwand eine Datenverschiebung in beiden Richtungen durchführbar ist. Eine Vereinfachung der Schaltung soll insbesondere dadurch erfolgen, daß Trenneinrichtungen zwischen den aktiven Elementen, Steuerieitunjen für die Richtung der Datenübertragung und Rückstelleitungen nicht erforderlich sind, so daß bei vereinfachter Struktur auch eine größere Dichte pro Flächeneinheit des Chips erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer monolithisch integrierten I²L-Schaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Sequenz der Steuersignalkomponenten bestimmt bei einer derartigen Schaltung die Richtung der Datenübertragung durch das Register. Eine Umkehrung der Sequenz führt deshalb zu einer Umkehr der Richtung der Daienübertragung durch die Stufe. Es sind deshalb keine besonderen Steuerleitungen für die Richtung der Datenübertragung zu den Elementen erforderlich.

Es ist eine Einrichtung zur Rückstellung der Elemente vorgesehen, die eine Einrichtung zur zeitweiligen Abschaltung des Ganerators 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 Schieberegl· ster automatisch zurückgestellt. Deshalb sind keine zusätzlichen Rückste'l-Steuerleitungen für die Elemente erforderlich.

Für jede 1²L-Einheit in einer Stufe wird sine Steuersignalkomponente benötigt. Jede Steuersignalkomponen-

te enthält einen Impulszug mit getrennten positiven Taktimpulsen. Die Taktjmpulse der Steuersignalkomponenten können sich gewünschtenfalls auch überlappen.

Der Dateneingang jedes Elements ist funktionsmiißig mit dem Datenausgang des vorhergehenden Elements verbunden. Der Datenausgang jeden Elements ist funktionsmäOig mit dem Dateneingang des vorhergehenden Elements verbunden. Deshalb ist der Daicneingang jeden Elements funtionsmäOig in einer direkten Beziehung zu dem Datenausgang des vorhergehenden Eicments verbunden, und mit einer Rückkopplung zu dem Ausgang des folgenden Elements. In Verbindung mil einer anderen Betrachtungsweise kann ferner gesagt werden, daß jedes Element funktionsmäßig eine Querverbindung sowohl mil den vorhergehenden als auch mit den folgenden Elementen aufweist. Von dieser Querverbindungs-Technik wird die statische Charakteristik des Schieberegisters abgeleitet, ledes Element weist einen Steucrsignaleingang auf, der funkiionsmäßig mit dem Steuersignalgenerator verbunden ist. an welchem Eingang eine Komponente des Steuersignals zugeführt wird.

Der Injektor-Transistor ist ein bipolarer Transistor, dessen Basis geerdet ist. Der Emitter ist mit dem Steuersignaleingang verbunden. Der Kollektor ist mit dem Invcrter-Transistor verbunden, um eine Basis-Antriebsspannung zuzuführen.

Der Inverter-Transistor jedes Elements ist ein bipolarer Transistor mit einer Basis, einem ersten und einem zweiten Kollektor und einem Emitter. Der Basisan-Schluß ist mit dem Injektor-Transistor verbunden, speziell mit dessen Kollektoranschluß. Die Kollektoranschlüsse des Inverter-Transistors sind mit der vorhergehenden I²L-Einheit bzw. mit der folgenden PL-Einheit verbunden. Der Emitteranschluß des Invertcr-Transistors ist geerdet.

Der Basisanschluß des Inverter-Transistors ist ebenfalls mit dem Dateneingang des Elements verbunden. Der Dateneingang jedes Elements isi direkt mit dem Datenausgang des vorhergehenden Elements verbunden, ohne daß cine Trenneinrichtung dazwischen angeordnet ist. Da keine Trenneinrichtung zwischen den Elementen erforderlich ist. ist die Struktur des Schieberegisters wesentlich vereinfacht.

Da jedes Element genau gleich wie jedes andere filement 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 Stcuerleitungen für die Rückstellung nicht erforderlich sind, wird dadurch die Kompliziertheil und Größe der Stufen verringert, 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 zeigt

F i g. 1 ein logisches Diagramm eines Schieberegisters gemäß der Erfindung.

F i g. 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 /ur Verschiebung vim Daten in Ktickwiirlsschallung.

Bei dem in F i g. I dargestellten Ausführungsbeispicl kann eine gewünschte Anzahl von Stufen (Bits) vorgesehen sein. Jede Stufe B enthält vier Elemente Au A^. Ai und /I4- Jedes Element A hat einen Steuersignaleingang

G. C 2· Ct bzw. Ca, einen Daicneingang D\. Di, D\ bzw. Da. sowie einen Rückkopplungseingang F₁, Fj. F) bzw. Fj. Jedes Element A ist in Fig. I als NOR-Glied dargestellt, weil ein Eingang »I« an dem Dateneinganjr D ι oder an dem Rückkoppliingseingang Foder an beiden Eingangen zu einem Ausgang »0« führt. Wenn andererseits sowohl der Dateneingang D als auch der Rückkopplungscingang F sich auf »0« befindet, erzeugt das Element einen Ausgang »1«.

ledes Element A weist eine Querverbindung sowohl mil dem vorhergehenden als auch mit dem folgenden Element auf. Deshalb ist beispielsweise der Datenausgang des Elements Ai mit dem Datcneingang des Elements A\ und dem Rückkoppltingseingang des EIe-

ΙΊ merits A\ verbunden. Die Eingänge des Elements A₂ sind mit dem Daienausgang des Elements /I₁ und mit dem Datenausgang des Elements Ai verbunden. Eine derartige Querverbindung ergibt die statische Charakteristik dieses Schieberegisters.

Fig. 2 zeigt die Struktur der Elemente A\ — At. |edes dieser Elemente cnhült einen Injektor-Transistor /Ί, ,/>. l\ bzw. /ι und einen Inverter-Transistor V₁. Vj, V₁ bzw. V.|. leder Injektor-Transistor I ist ein bipolarer PNP-Tranislor, der als Stromquelle dieni. um einen Rasisantrieb für den damit verbundenen Inverter-Transistor V zu liefern, leder Inverter-Transistor V ist ein bipolarer NPN-Mi'liiemitter-Transistor, der in der inverscn Betriebsart betrieben wird. Bei dieser Betriebsart arbeiten die bipolaren NPN-Emittcr als Kollektor.

Der Emitteranschluß 10 jedes Injektor-Transistors / ist mit dem Steucrsignaleingang Cdes Elements A verbunden, in dem der Injektor enthalten ist. Der Stcueranschluß oder die Basis 12 jedes Injektor-Transistors / ist mit einer Einrichtung mit einem gegebenen Poteniial

j5 verbunden, in diesem Fall mit Masse. Der Kollektoranschluß 14 jedes Injektor-Transistors J ist mit dem StcucranschluB oder der Basis Ib des inverter-Transistors V verbunden, der einen Teil des Elements bildet. Die Basis io jedes der invertcr-Transistoren ist mit dem Dateneingang /ides Elements verbunden, dessen Bestandteil der Inverter-Transistor ist.

leder Inverter-Transistor V hat zwei Kollektoren 18 und 20. Jeder Kollcktoranschluß 18 ist mit dem Rückkopplungseingang Fdcs vorhergehenden Elements A in

4S Sequenz verbunden. Jeder Kollektor 20 jeden Inverter-Transistors V ist mit dem Dateneingang D des folgenden Elements A in Sequenz verbunden. Jeder Inverter-Transistor Vhat einen Emilteranschluß22. der mit einer Einrichtung mit einem gegebenen Potential verbunden

V) ist. in diesem Falle mit Masse. Deshalb besteht ,":des Element A aus einem Injektor-Transistor / und einem Inverter-Transistor V. die funktionsmäßig zwischen Steucrsignaleingang und Masse angeschlossen sind. Ferner weist jedes Element A eine Querverbindung sowohl mit dem vorhergehenden Element als auch mit dem folgenden Element auf.

Vier getrennte Steuersignalkomponenten werden zur Steuerung der Datenbewegung durch das Register benötigt. Eine Steuersignalkomponente ist für jedes EIe-

bo ment in einer Stufe B vorgesehen. Die vier Steucrsignaikomponenten CLKi, CLK2. CLKi bzw. CLK₄ werden den Stcuersignalcingängcn G. <Π>, Ci bzw. G von einem Sletiersignalgencralor O /!!geführt. Der Stcuersignalgeneraior C kann aus vier konventionellen Takiimpuls-

h5 generatoren bestehen, von denen jeder ein Taktsignal CLK erzeugt sowie einer Einrichtung zur Synchronisation des Ablaufs der Takiimpuisgencratoren in einer vorherbestimmten Sequenz. Der Steucrsignalgencrator

G kann wahlweise eine andere an sich bekannte Slrukuir aufweisen, die zur Erzeugung von Viclfachsignalen 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 Steuersignalgcneralor vier getrennte Tvi'limpulsgeneratorcn enthält, kann die zeitliche Reihenfolge der Steuersignalkomponenten einfach dadurch bestimmt werden, dall jeder Taktsignalgencrator in der Sequenz zu Zeitpunkten betätigt wird, welche durch die Signale bestimmt werden, die von einem Haupt-Taktgeber empfangen werden. Beispielsweise beginnt das Taktsignal CLKi zu einem bestimmten Zeitpunkt (z. B. T), der durch den Haupt-Taktgeber bestimmt wird, das Signal CLK₂ beginnt eine Zeiteinheit später (T+ I) nach dem durch den Haupt-Taktgeber bestimmten Zeitpunkt, das Taktsignal CLKi beginnt zwei Zeiteinheiten

spatel ( / τ £f ιιαιπ uciii uuaii ucii iiau^i- miMgcuci 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 Taktsignalc einfach in der entgegengesetzten Sequenz begonnen. Beispielsweise beginnt das Taktsignal CLK* zum Zeitpunkt (T), der durch den Haupt-Taktgeber bestimmt wird, das Taktsignal CLKz beginnt eine Zeiteinheit danach (T+I), das Taktsignal CLK₂ beginnt zwei Zeiteinheiten danach (T+2). und das Taktsignal CLK\ beginnt drei Zeiteinheiten (T+ 3) danach. Wenn die letztet e 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 Steuersignalgencrator G über eine Richtungs-Qt«MiArcf*tialfiincr H vt^rhnnAnn Γ)ί*» Riphliinoc-^tfMipr- ο -- · σ

schaltung H bestimmt die Sequenz, in der die vier Taktimpulsgeneratoren desSteuersignalgeneraiors Gin Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Haupt-Taktgebers M betätigt werden.

An den Eingang der Richtungs-Stcucrschaltung H ist eine Rückstell-Steuerschaltung R angeschlossen. Wenn die Rückseil-Steuerschaltung R betätigt wird, verursacht die Richtungs-Stcucrschaltung H, daß jeder der Taktimpulsgeneratoren in dem Steuersignalgenerator G die Erzeugung von Taktimpulsen während einer vorherbestimmten Zeitspanne (die länger als die Verzögerungszeit der gespeicherten Ladung ist) unterbricht, wonach die Richtungs-Steuerschaltung H bewirkt, daß die Taktimpulsgeneratoren in dem Steuersignalgcnerator 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 Element zu dem nächsten in dem Schieberegister bewirken. Zu diesem Zweck sind zwei unterschiedliche Steucrsignalsequenzen in Fig.3 und 4 dargestellt. Die in F i g. 3 dagestellte Steuersignalsequenz bewirkt, daß eine Datenübertragung in dem Schieberegister in Vorwärtsrichtung (von links nach rechts in F i g. 1 und 2) erfolgt. Die in F · g. 4 dargestellte Steuersignalsequenz bewirkt eine Verschiebung in der entgegengesetzten Richtung, also von rechts nach links in F i g. 1 und 2.

Die Steuersignale weisen acht Zeitintervalle 7Ί — Tg auf. und die durch die vier Taktimpulsgeneratoren erzeugten Signale überlappen sich. Diese Form wurde zur Vereinfachung der Erläuterung gewählt, obwohl es auch möglich ist, andere Stcucrsignalsequenzen zu verwen-■; den, 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.

leder Taktsignalgenerator erzeugt einen Impuiszug, der aus einer Serie von positiven Impulsen (mit dem 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 Taktimpulsgeneraior. Wenn beispielsweise CLK\ am Beginn des sechsten Zeilintervalls 7i hoch wird, dann wird CLK₂ am Beginn des achten Zeitintervalls Tg hoch, CLKi wird am Beginn des zweiten Zeitintervalle T₂ hoch, und CLKa wird am Beginn des vierten Zeitintervalls Ta 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 CLKt am Beginn des sechsten Zeitintervalls T₆ hoch wird, dann wird CLKi am Beginn des achten Zeitintervalls Tt hoch, CLK₂ wird am Beginn des zweiten Zeitin-

jo tervalls T₂ hoch, und CLK\ wird am Beginn des vierten Zeitintervall Ta hoch etc.

Bei dem Auftreten eines positiven Impulses an dem Steuersignaleingang C eines Elements A wird dieses aktiviert. Das Fehlen eines positiven Impulses (niedriger

J5 Wert) verursacht eine Deaktivierung des Elements. Dies ist deshalb der Fall, weil der Basisantrieb jedes Inverter-Transistors V von dem Injektor-Transistor / abgeleitet wird, der dafür als Stromquelle dient. Jedoch arbeitet der Injektor-Transistor/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 Elements A nicht zugeführt wird, wird das gesamte Element deaktiviert und übt keine Funktion aus.

Wenn bei der in Fig.3 dargestellten Sequenz vor dem Zeitintervall T\ ein Datensignal L (»1« oder »0«) dem Dateneingang D\ des Elements A\ zugeführt wird, sind während des Zeitintervalls Ti die Signalkomponentcn CLK\ und CLK₂ hoch, wahrend CLKi und CLK* niedrig sind. Die Elemente Ai und A₂ werden deshalb aktiviert, während die Elemente Ai und A4 deaktiviert werden. Die Aktivierung des Elements -4, bewirkt, daß das Datensignal L invertiert wird und an dem Dateneingang D₂ des nächsten Elements A₂ als L auftritt. Wenn beispielsweise L »1« ist, wird der Inverter-Transistor V_x leitend, so daß der Kollektor 20 über den Emitter 22 geerdet wird. Deshalb tritt »0« an dem Dateneingang D₂ auf. »0« an dem Dateneingang D₂ hält den Inverter-Transistor V₂ in dem nicht leitenden Zustand, so daß ein »I« Signal L an dem Dateneingang Dj auftritt. Deshalb wurde das ursprüngliche Datensignal L zweimal invertiert und tritt wieder als L auf.

Während des Zeitintervalls 7J bleiben CLK\ und CLZi₂ hoch, CLKi wird hoch, und CLK* ist noch niedrig.

öS Wenn CLKi hoch wird, wird das Element A} aktiviert, und das Signal L an dem Dateneingang Dj wird durch den Inverter V₃ invertiert, so daß K an dem Dateneingang D4 des Elements A4 auftritt. Während des dritten

Zeitintervalls 7Ί wird CLK] niedrig, wodurch das Element A\ deaktiviert wird und darin enthaltene Daten gelöscht werden. CLK₂ und CLK₃ bleiben hoch, und CLKa bleibt niedrig. Während des Zeitintervalls T₁ bleiben die Daten in dem Zustand, in dem sie sich während des Zeitintervalls Tj befanden, so daß keine Verschiebung erfoigt und an dem Dateneingang D₃ das Signal L und an dem Dateneingang D₄ das Signal L auftritt.

Während des vierten Zeitintervalls D₄ bleibt CLK\ niedrig, wodurch das Element Ai in dem deaktivierten Zustand gehalten wird, und die Taktsignale CLK₂ und CLKy bleiben hoch, während CLK* hoch wird, wodurch der an dem Dateneingang D₄ gegebene Zustand L durch den Inverter-Transistor V₄ invertiert wird und als Signal L an dem Kollektor 20 des Inverters V₄ auftritt. Deshalb haben die Daten nach vier Zeitintcrvallen die Stufe durchlaufen und treten in ihrer ursprünglichen Form an dem Ausgang des letzten Elements in der Stufe aiii. Während de» iiäCi'mcM Zciimicrvaiib 7s bleibt CLK\ niedrig, CLK₂ wird niedrig, und CLKj und CLKt bleiben hoch. Während dieses Zeitintervalls erfolgt keine Übertragung, L bleibt an dem Ausgang des Elements A₄, und £ bleibt an dem Ausgang des Elements Aj. Das Element A₂ wird jedoch deaktiviert.

Während des nächsten Zeitintervalls T₆ wird CLK₁ wieder hoch, CLKj bleibt niedrig, und CLKj und CLZC₄ bleiben hoch. Während dieses Zeitintervalls wird ein zweites Datensignal S (entweder »1« oder »0«) gegebenenfalls dem Dateneingang D\ des Elements Ai zugeführt. Der Inverter-Transistor V\ invertiert das zweite logische Signal 5, so daß San dem Dateneingang Di des Elements A₂ auftritt. Die logischen Zustände L und L bleiben in ihren vorhergehenden Positionen an den Ausgängen der Elemente Aj bzw. Aj. Während dieses Zcitintervalls wird das erste Element Ai in der nicht dargestellten folgenden Stufe aktiviert, wodurch L von dem Διιςααηα unn A * 711 / am Pincrano u/\n Δ* H«tr näfhctin

Stufe invertiert wird.

Während des nächsten Zeitintervalls T₁ bleibt CLK\ hoch. CLK₂ bleibt niedrig, CLKj wird niedrig und CLKa bleibt hoch. Während dieses Zeitintervalls bleibt der invertierte Wert S des zweiten logischen Signals an dem Dateneingang D₂ des Elements Aj. Das Element Aj ist deaktiviert, so daß es in diesem Fall das zweite Datensignal nicht erneut invertiert. Das Element Aj wird deaktiviert, wodurch die darin enthaltenen Daten gelöscht werden. Der Zustand L des Ausgangs des Elements A₄ bleibt unverändert, ebenso der Zustand L des ersten nicht dargestellten Elements der nächsten Stufe.

Während des nächsten Zeitintervalls T₈ bleibt CZ-ZCi hoch, CLK₂ wird hoch, CLKj bleibt niedrig, und CLKa bleibt hoch. Deshalb wird der invertierte Wert des zweiten logischen Signals S. der dem Dateneingang D₂ zugeführt wurde, nunmehr erneut durch den Inverter-Transistor V₂ invertiert und tritt als Signal 5 an dem Dateneingang Dj des Elements A₃ auf. Das Element Aj ist jedoch deaktiviert und invertiert deshalb nicht das zweite logische Signal, das zu diesem Zeitpunkt dessen Dateneingang Dj zugeführt wurde. Der logische Zustand des Elements A₄ bleibt unverändert. Die identische Arbeitsweise efolgt in der nächsten Stufe, wobei L am Dateneingang Dj invertiert und als L an dem Dateneingang Dj auftritt. Nach dem Ablauf des Zeitintervalls T₈ beginnt der Zyklus erneut mit dem Zeitintervall Ti. Aus den obigen Ausführungen geht deshalb hervor, wie durch das Steuersignal die Datenübertragung «"arch die Elemente des Schieberegisters in der Vorwärtsrichtung bewirkt wird.

Der Ausgang jedes Elements wird zu dem Eingang des vorhergehenden Elements rückgekoppelt, so daß bei einer Annäherung der Frequenz des Steuersignals an die Frequenz Null die in dem Schieberegister enthal tencn Daten erhalten bleiben (allerdings nicht verscho ben werden). Die Rückkopplungsvcrbindungen dienen zur Beibehaltung der Daten durch Verstärkung des Datencingangs zu jedem aktivierten Element. Beispielsweise das logische Signal an dem Ausgang des Elements

to A) wird zu dem Dateneingang des Elements A₂ zurückgekoppelt und verstärkt das logische Signal darauf mit demselben logischen Signal, welches dazu von dem Ausgang des Elements Ai zugeführt wird. Der Ausgang des Elements Aj ist die zweimal invertierte Version des logi sehen Signals an dem Ausgang des Elements A\. Die zweimal invertierte Version eines logischen Signals ist das logische Signal selbst. Deshalb ist der Datenausgang eines Elements identisch mit dem Dateneingang des vofhefgeneiHjOii Elements. Die Rückkopplung erioigt über jeden Kollektor 18. der mit dem Rückkopplungseingang Fdes vorhergehenden Elements verbunden ist. Um die Richtung der Datenverschiebung durch das Schieberegister umzukehren, ist es lediglich erforderlich, dieselbe Taktimpulssequenz in umgekehrter Rei- hcnfolgc zu erzeugen. Die zur Datenübertragung durch das Schieberegister in umgekehrter Richtung erforderlichen Steuersignale sind in F i g. 4 dargestellt.

Während des ersten Zeitintervalls Γι sind CLZCi und CLZC2 niedrig, wodurch die Elemente Ai und Aj deakti viert werden, während CLZC j und CLZC₄ hoch sind, wo durch angezeigt wird, daß die Elemente Aj und A₄ aktiviert sind. Es sei angenommen, daß während des Zeitintervalle T\ ein erstes logisches Signal L dem Rückkopplungseingang F₄ des Elements A₄ zugeführt wird. Dieses

J5 Signal L wird in einem Inverter V₄ invertiert, und das invertierte Signal L wird dem Rückkopplungscingang Fi des Elements Aj zugeführt Der inverter V₃ invertiert das logische Signal, welches dessen Basis 16 zugeführt wird, was zu demselben logischen Zustand L führt, der dem Dateneingang D₄ des Elements A₄ zugeführt wird, wodurch der Rückkopplungseingang verstärk; wird.

Während des nächsten Zeitintervall T₂ bleibt CLZC, niedrig. CLZCj wird hoch, und CLZC₃ und CLZC₄ bleiben hoch. Deshalb wurde das Element A₂ derart aktiviert, daß der über den Rückkopplungseingang Fj zugeführte logische Zustand L durch den Inverter V₂ invertiert wird und L am Dateneingang D₁ des Elements Aj auftritt und zur Verstärkung des Eingangs dient.

Während des nächsten Zcilintervalls Tj bleibt CLZCi

niedrig. CLZCj und CLKj bleiben hoch, und CLZC₄ wird niedrig, so daß das Element A₄ deaktiviert wird. Die logischen Zustände der Elemente A₂ und A₃ bleiben unverändert.

Während des nächsten Zeitintervalls T₄ wird CLZCi

hoch, CLZCj und CLK₁ bleiben hoch, und CLAC₄ bleibt niedrig. Deshalb wird während dieses Zeitintervalls das Element Ai aktiviert, so daß das logische Signal L, das diesem über den Rückkopplungseingang Fi von dem Ausgang des Elements A₂ zugeführt wird, durch den Inverter V| invertiert wird und als logischer Zustand L an dem Dateneingang D₂ auftritt.

Während des nächsten Zeitintervall T₅ bleiben CLK_x und CLK₂ hoch, CLK₃ wird niedrig, und CLK₄ bleibt niedrig. Deshalb werden die Elemente A3 und A₄ deEkti-

&5 viert, und die Elemente Ai und A₂ bleiben aktiviert, so daß die logischen Zustände nicht geändert werden.

Während des nächsten Zeitintervalls T₆ sind CLACi und CLK₁ hoch. CLACi bleibt niedrig, und CLZC₄ wird

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hoch, wodurch das Element Aa aktiviert wird, das nun ein zweites logisches Signal S an dem Rückkopplungseingang Fa empfängt. 5 wird in dem Inverter Va invertiert, so daß ein logischer Zustand S a dem Rückkopplungseingang F3 des Elements Aj auftritt. Di^ logischen Zustände der Elemente A\ und A2 bleiben unverändert. Der logische Zustand L wird auf das Element Aa in der vorhergehenden Stufe übertragen.

Während des nächsten Zeitintervalls T₁ bleibt CLK^ hoch, CLK₂ wird niedrig, CLKi bleibt niedrig, und CLKa bleibt hoch. Deshalb wird das Element A₂ deaktiviert, aber keine Daten übertragen.

Während des nächsten Zeitintervalls 7g bleibt CLK\ hoch, CLKi bleibt niedrig, CLKi wird hoch, und CLKa bleibt hoch. Deshalb wird das Element Λ 3 aktiviert, wo- ι¹· durch das zweite logische Signal Serneut invertiert wird und als Zustand San dem Rückkopplungseingang F₂ des Elements A₂ auftritt. Ferner wird der logische Zustand des ersten logischen Signals von dem Element Aa auf das Elemei.t .Aj der vorhergehenden Stufe übertragen.

Aus df ^ obigen Ausführungen geht deshalb hervor, daß einfach durch Umkehr der Sequenz der Taktsignale die Daten in der umgekehrten Richtung in dem Schieberegister übertragen werden können. 25 Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

JO

J5

40

45

50

55

60

65

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Monolithisch integrierte I²L-Schaltung für ein Mehrphasen-Schieberegister aus in Reihe geschalteten PL-Flipflop-Schaltungen mit von Taktsignalen angesteuerten Injektoren, bestehend aus Elementen aus je einer I²L-Einheit. wobei der Dateneingang eines jeden Elements mit dem Datenausgang eines vorhergehenden Elements verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dateneingang (D) eines jeden Elements (A) außerdem mit dem Datenausgang eines folgenden Elements verbunden ist

2. Monolithisch integrierte I²L-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktsignale (CLK) mit einer gegebenen zeitlichen Sequenz erzeugt werden, und daß diese Sequenz in Richtung der Datenübertragung durch eine Stufe (B) aus einer gegebenen Anzahl von Elementen (/I₁J bestimmt.

3. Monolithisch integrierte FL-Schaiiung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umkehr der Sequenz zu einer Umkehr der Richtung der Datenüertragung durch die Stufe (B) führt.

4. Monolithisch integrierte I²L-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstell-Stcuerschaltung (R)zur Rückstellung der Stufe (B) vorgesehen ist, die eine Einrichtung zur Deaktivierung eines Taktsignalgeneralors (C) während eines vorherbestimmten Zeitintervalls aufweist, wonach dieser reaktiviert wird.

5. Monolithisch integrierte I²L-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element (A) einen Steuersignaleingang (C) aufweist, der mit dem Taktsignalgenerator (G) verbunden ist, um unterschiedliche Taktsignale (CLK) zuzuführen.

6. Monolithisch integrierte I²L-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element (feinen Inverter-Transistor (V) und einen Injektor-Transistor (J) aufweist, und daß der Inverter-Transistor (V) und der Injektor-Transistor (I) arbeitsmäßig zwischen dem Steuersignaleingang (C) und einer Quelle eines gegebenen Potentials angeschlossen sind.

7. Monolithisch integrierte I²L-Schaltung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialquelle Masse ist.

8. Monolithisch integrierte I²L-Schaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor-Transistor feinen Steueranschluß(12) sowie erste und zweite Anschlüsse (10, 14) aufweist, daß der Steueranschluß (12) mit der Quelle mit dem 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.

9. Monolithisch integrierte I²L-Schaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, ω daß der Inverter-Transistor (V) einen Steueranschluß (16) sowie erste, zweite und dritte Anschlüsse (18,20,22) aufweist, daß der Steucranschluß (16) des Inverter-Transistors fVy mit dem Injektor-Transistor (I) verbunden ist, d;iß der erste Anschluß (18) mit b5 dem vorhergehenden Element (A) verbunden, daß der zweite Anschluß (20) mit dem Folgenden 1!Iement (A) verbunden ist, und daß der dritte Anschluß

(22) mit einer Quelle für ein gegebenes Potential verbunden ist.

10. Monolithisch integrierte I²L-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steueranschluß (16) des Inverter-Transistors mit dem Dateneingang (D) verbunden ist

11. Monolithisch integrierte I²L-Schakung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Taktsignale (CLK) der Anzahl der Elemente (A) jeder Stufe (B) entspricht.

12. Monolithisch integrierte I²L-Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Taktsignal (CLK) mindestens einen positiven Taktimpuls aufweist

13. Monolithisch integrierte 1²L-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Sequenz der Impulse die Reihenfolge der Aktivierung der Elemente (A) und die Dauer der Impulse die Dauer der Aktivierung der Elemente (A) bestimmt