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Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Halbleiterschaltungsgerät, und insbesondere ein
Halbleiterschaltungsgerät, welches verhindern kann, daß ein
Ausgangssignal einer bistabilen Schaltung instabil wird.
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Eine bistabile Schaltung weist zwei stabile Ausgangszustände
auf. Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine derartige bistabile
Schaltung. Diese bistabile Schaltung ist eine
R-S-Flip-Flopschaltung mit: einem Zwischenspeicherabschnitt,
der aus zwei Invertern I2 und I2 besteht; und
MOS-Transistoren des N-Typs Q1 und Q2, bei welchen ein
Setzsignal (SET) und ein Rücksetzsignal (RESET) jedem Gate
zugeführt werden.
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Fig. 2 zeigt die Betriebseigenschaften dieser
Flipflopschaltung. In diesem Diagramm gibt die Kurve L1 die
Eingangs- und Ausgangseigenschaften des Inverters I1 in dem
Fall an, in welchem eine Q-Ausgangsklerne als Eingang und
eine Q-Ausgangsklemme als Ausgang genornen wird. Eine Kurve
L2 stellt die Eingangs- und Ausgangseigenschaften des
Inverters I2 in dem Fall dar, in welchem die -Ausgangsklemme
als Eingang und die Q-Ausgangsklemrne als Ausgang genommen
wird. Jeder der Kreuzungspunkte A, B und C der Kurven L1 und
L2 stellt einen stabilen Punkt dieses Flip-Flops dar. Am
Kreuzungspunkt A ist die Q-Ausgangsklemme auf den Logikpegel
"1" eingestellt, und die -Ausgangsklemme auf den Pegel "0".
Am Kreuzungspunkt C ist die Q-Ausgangsklemme auf den
Logikpegel "0" eingestellt, und die -Ausgangsklemme auf den
Pegel "1". Am Kreuzungspunkt B befinden sich beide
Ausgangsklemmen Q und in einem logisch instabilen Zustand,
sind also auf ein Potential zwischen den Logikpegeln "0" und
"1", eingestellt. Dieses Potential ist annähernd gleich einem
Schwellenspannungswert der Schaltung.
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Liegt daher das Rücksetzsignal auf dem Pegel "0", und wird
das Setzsignal des Pegels "1" gemäß Fig. 3A an ein Gate des
Transistors Q1 angelegt, so wird gemäß Fig. 3B das Potential
der Q-Ausgangsklemme auf den Pegel "1" gesetzt. Wird
allerdings das Potential auf einem Pegel unterhalb des Pegels
"1", wie in beispielsweise Fig. 3G oder 3E gezeigt, an das
Gate des Transistors Q1 angelegt, infolge des Einflusses von
Rauschen und dergleichen, so kann das Potential der
Q-Ausgangsklemme auf einen logisch instabilen Zustand
eingestellt werden, wie in Fig. 3D oder 3F gezeigt.
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Falls das Potential der Q-Ausgangsklemme logisch instabil
würde, infolge des Einflusses von Rauschen und dergleichen,
würde eine unerwartete Schwankung in der Schaltung auftreten,
die an der nächsten Stufe vorhanden ist. Dies führt zu einer
Fehlfunktion der Schaltung.
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In dem Artikel mit dem Titel "Schmitt trigger prevents clock
train overlap" von R. R. Osborn in llElectronicsll, Band 45,
Nr. 14, 3. Juli 1972, Seite 86, ist eine Schaltung
beschrieben, in welcher der Q-Ausgang eines Flip-Flops an den
Eingang eines Schmitt-Triggers über eine
Verzögerungsschaltung angeschlossen ist.
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In Siemens Schaltbeispiele, Ausgabe 1976/77, München, Seiten
172-175, ist ein Ausgang einer Flip-Flop-Schaltung direkt an
einen Schmitt-Trigger angeschlossen.
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Die EP-A-0 154 337 beschreibt eine Transistorschaltung mit
Hysteresebetrieb. Die Schaltung gemäß Fig. 3 dieses Dokuments
ist ähnlich wie Fig. 3 dieser Anmeldung.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der
Bereitstellung eines Halbleiterschaltungsgeräts, in welchem
verhindert wird, daß ein Ausgangssignal einer bistabilen
Schaltung infolge des Einflusses von Rauschen und dergleichen
instabil wird, und bei welchem die Betriebssicherheit hoch
ist.
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Das Ziel der Erfindung wird durch ein
Halbleiterschaltungsgerät mit einer bistabilen Schaltung
erreicht, welches aufweist:
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eine bistabile Schaltung, die eine Schwellenspannung mit
einem ersten Wert aufweist;
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eine Schmitt-Triggerschaltung, die eine zweite
Schwellenspannung und eine dritte Schwellenspannung aufweist,
und eine Spannung entsprechend einem Ausgangspotential der
bistabilen Schaltung ausgibt,
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wobei ein Ausgang der bistabilen Schaltung direkt an den
Eingang der Schmitt-Triggerschaltung angeschlossen ist, und
sich dadurch auszeichnet, daß
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die zweite Schwellenspannung niedriger ist als der erste
Wert, die dritte Schwellenspannung höher ist als der erste
Wert, und daß der Schmitt-Trigger einen MOS-Transistor des
P-Typs sowie einen ersten und einen zweiten MOS-Transistor
des N-Typs aufweist, die in Reihe zwischen eine erste und
eine zweite Potentialquelle geschaltet sind, wobei die Gates
des P-Typ- und des ersten und zweiten MOS-Transistors des
N-Typs gemeinsam an den Ausgang der bistabilen Schaltung
angeschlossen sind, ein Verbindungspunkt des ersten
MOS-Transistors des N-Typs und des MOS-Transistors des P-Typs
an einen Inverter angeschlossen ist, der Ausgang des
Inverters den Ausgang des Gerätes bildet, Drain und Source
eines dritten MOS-Transistors des N-Typs an den
entsprechenden Drain bzw. die entsprechende Source des
zweiten MOS-Transsitors des N-Typs und das Gate des dritten
MOS-Transistors des N-Typs an den Ausgang des Inverters
angeschlossen sind.
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Wenn bei der Halbleiterschaltungsvorrichtung gemäß der
Erfindung der Ausgang der bistabilen Schaltung infolge des
Einflusses von Rauschen und dergleichen logisch instabil
wird, wird der Ausgang der Schmitt-Triggerschaltung auf dem
vorherigen Ausgangspegel festgehalten, wogegen er nicht auf
das Ausgangspotential der bistabilen Schaltung fixiert ist,
so daß ein äußerst verläßliches Ausgangssignal erhalten
werden kann.
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Die Erfindung läßt sich noch besser aus der nachstehenden,
ins einzelne gehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den
beigefügten Zeichnungen verstehen. Es zeigt:
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Fig. 1 ein Schaltbild mit einer Darstellung einer
konventionellen bistabilen Schaltung;
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Fig. 2 ein Diagramm mit einer Darstellung der
Betriebseigenschaften der bistabilen Schaltung von
Fig. 1;
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Fig. 3A bis 3F Diagramme mit einer Darstellung der
Eingangsund Ausgangscharakteristik der in Fig. 1 gezeigten
bistabilen Schaltung;
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Fig. 4 ein Schaltbild zur Erläuterung der ersten
Ausführungsform eines Halbleiterschaltungsgeräts gemäß
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 5A bis 5F Diagramme, die bei der Erläuterung des
Betriebs der in Fig. 4 gezeigten
Halbleiterschaltungsvorrichtung verwendet werden
sollen;
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Fig. 6 und 7 Schaltbilder mit einer Darstellung einer
Halbleiterschaltungsvorrichtung jeweils gemäß anderer
Ausführungsformen der Erfindung; und
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Fig. 8 ein Schaltbild mit einer Darstellung eines weiteren
Beispiels für eine Schmitt-Triggerschaltung.
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Fig. 4 zeigt ein Halbleiterschaltungsgerät 10 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Schaltung
bildet eine R-S-Flip-Flop-Schaltung mit folgenden Teilen:
einem Zwischenspeicherabschnitt, der aus Invertern I1 und I2
besteht; und MOS-Transistoren des N-Typs Q1 und Q2, zum
Setzen oder Rücksetzen des Zwischenspeicherabschnitts. Eine
Eingangsklemme einer Schmitt-Triggerschaltung ist an eine
Q-Ausgangsklemme dieser Flip-Flop-Schaltung angeschlossen.
Die Ausgangsspannung vout von der Schmitt-Triggerschaltung
wird als Ausgangssignal der Halbleiterschaltungsvorrichtung
verwendet.
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Die Schwellenspannung Vth&sub1; der Flip-Flop-Schaltung wird in
diesem Fall verwendet, wogegen dann, wenn ein Eingangssignal
der Schmitt-Triggerschaltung absinkt, eine Schwellenspannung
Vth&sub2; verwendet wird, und bei einem Anstieg dieses
Eingangssignals eine Schwellenspannung Vth&sub3; verwendet wird,
die insgesamt so eingestellt sind, daß sie die nachstehende
Beziehung erfüllen:
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Vth&sub2; < Vth&sub1; < Vth&sub3;
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Weiterhin ist es wünschenswert, daß der Wert von Vth&sub1; auf
einen Zwischenwertpegel irgendwo zwischen Vth&sub2; und Vth&sub3;
eingestellt wird.
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Die Schmitt-Triggerschaltung ist wie nachstehend angegeben
aufgebaut: ein MOS-Transistor des P-Typs Q11 und
MOS-Transistoren des N-Typs Q12 und Q13 sind in Reihe
zwischen eine Klemme eines Stromguellenpotentials Vcc und
eine Klemme auf Massepotential vss geschaltet; Gates der
Transistoren Q11, Q12 und Q13 sind gemeinsam an eine
Q-Ausgangsklemme angeschlossen; und ein Verbindungspunkt der
Transistoren Q11 und Q12 ist über einen Inverter 13 mit der
Ausgangsklemme Vout verbunden. Weiterhin sind ein Drain und
eine Source eines weiteren MOS-Transistors des N-Typs Q14
gegenseitig mit einem Drain bzw. einer Source des Transistors
Q12 verbunden, und ein Gate eines Transistors Q14 wird durch
einen Ausgang des Inverters 13 gesteuert, wodurch die
gewünschten Hysterese-Eigenschaften erhalten werden.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird nachstehend der Betrieb
dieser Halbleiterschaltungsvorrichtung beschrieben.
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Wenn wie in Fig. 5A gezeigt, ein Setzsignal des Pegels "1" an
ein Gate des Transistors Q1 angelegt wird, wenn sich ein
Rücksetzsignal auf dem Pegel "0" befindet, so wird das
Potential der Q-Ausgangsklemme auf den Pegel "1" eingestellt,
so daß das Ausgangspotential Vout der
Schmitt-Triggerschaltung ebenfalls auf den Pegel "1" gesetzt
wird, wie aus Fig. 5B hervorgeht. Wenn andererseits das
Potential des Setzsignals einen niedrigeren Wert aufweist als
den Pegelwert "1", wie in Fig. 5G und 5E gezeigt ist, so wird
das Ausgangspotential der Klemme Q für den voranstehend
erwähnten Zeitraum logisch instabil. Selbst wenn das
Potential der Q-Ausgangsklemme zu diesem Zeitpunkt den Wert
der Schwellenspannung Vth&sub1; der Flip-Flop-Schaltung annähme,
würde diese Schwellenspannung Vthl immer noch einen
niedrigeren Wert aufweisen als die Schwellenspannung Vth&sub3;
der Schmitt-Triggerschaltung zur Anfangszeit des
Eingangssignals. Daher wird die Schmitt-Triggerschaltung
nicht durch das instabile Ausgangspotential der
Q-Ausgangsklemme beeinflußt, und wird auf ihrem vorherigen
Ausgangspegel festgehalten. Wie in den Fig. 5D und 5F
gezeigt, wird nämlich der Pegel "0" aufrechterhalten.
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Wenn andererseits ein Signal mit einem Pegel niedriger als
"1" als Rücksetzsignal geliefert wird, wenn sich das
Setzsignal auf dem Pegel "0" befindet, nimmt das Potential
der Q-Ausgangsklemme von dem Pegel "1" aus ab und hält an dem
Schwellenwert Vth&sub1; der Flip-Flop-Schaltung an. Allerdings
ist die Schwellenspannung Vth&sub2; der Schmitt-Triggerschaltung
so eingestellt, daß der Wert niedriger ist als Vth&sub1;, so daß
bei Absinken des Eingangssignals der Ausgangspegel der
Schmitt-Triggerschaltung konstant bleibt, ohne durch das
instabile Potential des Eingangssignals beeinflußt zu werden.
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Selbst wenn Rauschen an das Gate des Transistors Ql angelegt
würde, welches als Setz-Eingangsklemme dient, oder an das
Gate des Transistors Q2, welche als Rücksetz-Eingangsklemme
in dem Halbleiterschaltungsgerät dient, um so einen
instabilen Zustand der Flip-Flop-Schaltung hervorzurufen,
könnte daher verhindert werden, daß der Ausgang der
Schmitt-Triggerschaltung infolge des Einflusses des Rauschens
instabil wird. Es läßt sich ein äußerst betriebssicheres
Ausgangssignal erzielen.
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Fig. 6 und 7 zeigen jeweils Halbleiterschaltungsgeräte gemäß
weiterer Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 6 zeigt ein
Beispiel für eine Schaltung, bei welcher die
R-S-Flip-Flop-Schaltung durch zwei NOR-Gates 11 und 12
gebildet wird. Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine Schaltung,
in welcher die R-S-Flip-Flop-Schaltung durch zwei NAND-Gates
13 und 14 gebildet wird. Selbst bei diesen
Halbleiterschaltungsgeräten kann eine ähnliche Wirkung wie
bei dem Gerät von Fig. 1 dadurch erhalten werden, daß die
Schwellenspannung Vth&sub1; der Flip-Flop-Schaltung, die
Schwellenspannung Vth&sub2;, wenn das Eingangssignal der
Schmitt-Triggerschaltung absinkt, und die Schwellenspannung
Vth&sub3;, wenn dieses Eingangssignal ansteigt, so eingestellt
werden, daß sie die nachstehende Beziehung erfüllen:
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Vth&sub2; < Vth&sub1; < Vth&sub3;
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Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel für eine
Schmitt-Triggerschaltung. Diese Schmitt-Triggerschaltung ist
folgendermaßen aufgebaut: ein MOS-Transistor des P-Typs Q22
ist als Last zwischen eine Klemme auf Stromguellenpotential
Vcc und eine Ausgangsklemme T2 eingefügt; MOS-Transistoren
des N-Typs Q23 und Q24, deren Gates gemeinsam mit einer
Eingangsklemme T1 verbunden sind, sind in Reihe zwischen die
Ausgangsklemme T2 und eine Klemme auf Massepotential Vss
geschaltet. Das Potential am
Reihenschaltungsverbindungspunkt wird durch einen MOS-Transistor des N-Typs Q25
geändert, dessen Leitungszustand durch das Potential der
Ausgangsklemme T2 gesteuert wird, wodurch die gewünschten
Hystereseeigenschaften erhalten werden.
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Wenn die voranstehend angegebene Beziehung zwischen den drei
Schwellenspannungen erfüllt ist, und die
Schmitt-Triggerschaltung mit dem voranstehend geschilderten
Aufbau verwendet wird, läßt sich ein ähnlicher Effekt
erreichen.
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Zwar wurden die voranstehend geschilderten Ausführungsformen
nur für den Fall beschrieben, in welchem die
R-S-Flip-Flop-Schaltung verwendet wurde, jedoch läßt sich die
Erfindung auch bei einer Schaltung, wie beispielsweise einem
J-K-Flip-Flop, einem T-Flip-Flop und dergleichen einsetzen.