DE1153071B

DE1153071B - Shift register for binary information

Info

Publication number: DE1153071B
Application number: DEA38054A
Authority: DE
Inventors: Jack Connett
Original assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Current assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Priority date: 1960-08-10
Filing date: 1961-08-04
Publication date: 1963-08-22
Also published as: GB929868A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schieberegister für binäre Informationen.The invention relates to binary information shift registers.

Von Schieberegistern wird im allgemeinen eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit verlangt. Aus diesem Grunde werden vorwiegend Röhren oder Transistoren zu ihrem Aufbau verwendet. Jedoch auch diese Elemente weisen Trägheiten auf, die häufig zu groß sind, um die gewünschten Arbeitsgeschwindigkeiten zu erreichen.Shift registers are generally required to operate at a high speed. For this Basically, tubes or transistors are mainly used for their construction. However, this too Elements have inertia that are often too great to achieve the desired operating speeds to reach.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schieberegister zu entwickeln, das nicht nur durch einen einfachen Aufbau gekennzeichnet ist, sondern auch eine sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit aufweist.The invention is therefore based on the object of developing a shift register that not only through is characterized by a simple structure, but also has a very high operating speed.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schieberegister vorgeschlagen, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Stufe des Schieberegisters aus einer Tunneldiode besteht, die über einen Widerstand mit einem annähernd konstanten Strom beaufschlagt wird und der über eine Diode anodenseitig Rückstellimpulse zugeführt werden, daß die Ausgangsinformation der vorangegangenen Stufe einen Kondensator über einen Ladewiderstand auflädt, wobei der Kondensator mit seiner dem Ladewiderstand zugewandten Seite über eine Diode an die Anode der Tunneldiode angeschlossen ist und auf seiner anderen Seite von den Schiebeimpulsen beaufschlagt wird, und daß der Punkt zwischen Ladewiderstand und Kondensator über einen weiteren Widerstand durch eine Spannung negativ vorgespannt wird.To solve this problem, a shift register is proposed that is characterized is that each stage of the shift register consists of a tunnel diode that is connected to via a resistor an approximately constant current is applied and the reset pulses via a diode on the anode side are supplied that the output information of the previous stage a capacitor charges via a charging resistor, with the capacitor facing the charging resistor Side is connected to the anode of the tunnel diode via a diode and on its other side of the shift pulses are applied, and that the point between charging resistor and capacitor is negatively biased by a voltage via a further resistor.

Bevor die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert wird, soll an Hand der Fig. 1 kurz auf die Eigenschaften einer Tunneldiode hingewiesen werden. Eine Tunneldiode ist bekanntlich ein Halbleiterelement, dessen Stromspannungskennlinie einen besonderen Verlauf aufweist. In Fig. 1 ist die Strom-Spannungskennlinie einer Tunneldiode als voll ausgezogener Kurvenzug dargestellt. Im Bereich sehr kleiner Spannungen e und im Bereich großer Spannungen verläuft die Kennlinie mit positiver Steigung. Dies sind die Abschnitte/i und B in Fig. 1. In dem dazwischenliegenden Bereich C, also in dem Bereich für mittlere Spannungswerte, verläuft die Kennlinie dagegen mit negativer Steigung. Das bedeutet, daß in diesem Bereich ein stabiler Betrieb nicht möglich ist.Before the invention is explained using an exemplary embodiment, reference should be made briefly to the properties of a tunnel diode using FIG. 1. As is well known, a tunnel diode is a semiconductor element whose current-voltage characteristic has a special profile. In Fig. 1, the current-voltage characteristic of a tunnel diode is shown as a full line of curves. In the area of very small voltages e and in the area of high voltages, the characteristic curve has a positive gradient. These are the sections / i and B in FIG. 1. In the intermediate area C, that is to say in the area for medium voltage values, the characteristic curve, on the other hand, runs with a negative slope. This means that stable operation is not possible in this area.

Fig. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt eine einzige Stufe eines Schieberegisters. In Fig. 3 ist dann ein Schieberegister dargestellt, das aus drei Stufen nach Fig. 2 besteht. In Fig. 2 ist eine Tunneldiode TD mit ihrer Anode über einen Vorwiderstand R1 an den positiven Pol einer Spannungsquelle V angeschlossen. Die Kathode der Tunneldiode ist an das Bezugspotential 1 angeschlossen. Die Schieberegister für binäre InformationenFigure 2 illustrates an embodiment of the invention. It shows a single stage of a shift register. FIG. 3 then shows a shift register which consists of three stages according to FIG. In FIG. 2, a tunnel diode TD is connected with its anode to the positive pole of a voltage source V via a series resistor R 1. The cathode of the tunnel diode is connected to reference potential 1. The shift registers for binary information

Anmelder:Applicant:

Associated Electrical Industries Limited,
LondonAssociated Electrical Industries Limited,
London

Vertreter: Dr.-Ing. A. Schmidt, Patentanwalt,
Berlin 19, Württembergallee 8Representative: Dr.-Ing. A. Schmidt, patent attorney,
Berlin 19, Württembergallee 8

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 10. August 1960 (Nr. 27 734)Claimed priority:
Great Britain August 10, 1960 (No. 27 734)

Jack Connett, Swinton (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt wordenJack Connett, Swinton (Great Britain),
has been named as the inventor

Spannungsquelle V treibt über die Tunneldiode TD einen annähernd konstanten Strom. Er möge die Größe Z₂ von Fig. 1 haben. Man erkennt, daß man durch Anlegen einer positiven oder negativen Spannung an die Anode der Tunneldiode diese wahlweise aus dem einen in den anderen ihrer beiden stabilen Arbeitsbereiche kippen kann (Punkte d und g in Fig. 1). Die Registerstufe ist in der Lage, eine Einheit einer digitalen Information zu speichern. Diese digitale Einheit hat entweder den Wert L (vorhanden) oder den Wert 0 (nicht vorhanden). Der Betriebszustand der Tunneldiode im Punkt g entspricht dem Wert L, und der Betriebszustand der Tunneldiode im Punkt d entspricht dem Wert 0. Die Speicherung der in einer Registerstufe gespeicherten digitalen Einheit erfolgt durch den Kondensator Cl. Die im Kondensator Cl gespeicherte Information stammt von der vorangehenden Registerstufe und stimmt überein mit der Betriebsstellung der Tunneldiode der vorangehenden Registerstufe. Befindet sich die Tunneldiode der vorangehenden Stufe in der Arbeitsstellung L (Arbeitspunkt g), dann liegt die Anode dieser Tunneldiode auf verhältnismäßig hohem Potential, so daß der Kondensator Cl über den Ladewiderstand R 2 aufgeladen wird. Befindet sich dagegen die Tunneldiode der vorangehenden Stufe in der Arbeitsstellung 0 (Punkt d in Fig. 1), dann findet keine nennenswerte Aufladung des Kondensators Cl statt. Der Kondensator C1 ist über eine Diode D1 an die Anode der Tunneldiode TD angeschlossen. Außerdem ist an dieVoltage source V drives an approximately constant current via the tunnel diode TD. It may have the size Z ₂ of FIG. It can be seen that by applying a positive or negative voltage to the anode of the tunnel diode, it can either be tilted from one of its two stable working areas to the other (points d and g in FIG. 1). The register stage is able to store a unit of digital information. This digital unit has either the value L (available) or the value 0 (not available). The operating state of the tunnel diode at point g corresponds to the value L, and the operating state of the tunnel diode at point d corresponds to the value 0. The storage of the digital unit stored in a register stage is carried out by the capacitor C1. The information stored in the capacitor C1 comes from the preceding register stage and corresponds to the operating position of the tunnel diode of the preceding register stage. If the tunnel diode of the previous stage is in the working position L (working point g), the anode of this tunnel diode is at a relatively high potential, so that the capacitor C1 is charged via the charging resistor R 2. If, on the other hand, the tunnel diode of the preceding stage is in the working position 0 (point d in FIG. 1), then no significant charging of the capacitor C1 takes place. The capacitor C1 is connected to the anode of the tunnel diode TD via a diode D 1. In addition, the

309 668/155309 668/155

Anode der Tunneldiode eine weitere Diode D 2 angeschlossen, über die die vom Eingang 4 kommenden Rückstellimpulse in die Anordnung eingeführt werden. Die Schiebeimpulse werden über den Eingang 5 auf den Kondensator C1 gegeben. Sollen die in dem Schieberegister enthaltenen Informationen um eine Stufe weitergeschoben werden, so wird auf den Eingang 5 ein positiver Schiebeimpuls gegeben. Diesem Schiebeimpulse geht unmittelbar ein negativer Rückstellimpuls voraus, der über den Eingang 4 zur Einwirkung gebracht wird. Der Rückstellimpuls bewirkt, daß die Tunneldiode, sofern sie im Kennlinienpunkt g arbeitet, in den Kennlinienpunkt d zurückgekippt wird, d.h. die am Ausgang3 der Stufe auftretende Spannung vom Werte el auf den Werte 2 sinkt. Die Tunneldiode wird nämlich durch den negativen Rückstellimpuls über die Diode D 2 praktisch kurzgeschlossen, so daß ihr Strom kurzzeitig unterhalb des zum Kennlinienpunkt / gehörenden Wert absinkt. Durch den Schiebeimpuls wird nun, je nachdem, ob der Kondensator C1 geladen oder nicht geladen ist, die Tunneldiode wieder in den Arbeitspunkt g zurückgekippt, oder sie verharrt im Arbeitspunkt d. Ist nämlich der Kondensator Ci geladen, dann gelingt es der an ihr liegenden Spannung, zusammen mit dem Schiebeimpuls einen Strom über die Diode Dl zu treiben, der die Tunneldiode in den Arbeitspunkt g kippt, ist dagegen der Kondensator Cl nicht geladen, dann ist das Potential im Punkt α so niedrig, daß die Diode D1 trotz des Schiebeimpulses ihren sperrenden Zustand nicht verläßt. In diesem Falle verharrt die Tunneldiode im Arbeitspunkt d. Am Ausgang 3 erscheint die Wertigkeit 0 der digitalen Informationseinheit. Über den Widerstand R 3 fließt nur ein sehr kleiner Strom. Seine Aufgabe besteht darin, sicherzustellen, daß im Falle des ungeladenen Kondensators die Spannung im Punkt α so weit negativ ist, daß beim Auftreten des Schiebeimpulses kein Strom über die Diode D1 fließen kann. Another diode D 2 is connected to the anode of the tunnel diode, via which the reset pulses coming from input 4 are introduced into the arrangement. The shift pulses are applied to the capacitor C1 via input 5. If the information contained in the shift register is to be shifted one step further, a positive shift pulse is sent to input 5. This shift pulse is immediately preceded by a negative reset pulse, which is brought into effect via input 4. The reset pulse causes the tunnel diode, provided it is operating at point g , to be tilted back to point d , ie the voltage occurring at output 3 of the stage drops from value el to value 2. The tunnel diode is practically short-circuited by the negative reset pulse via diode D 2, so that its current briefly falls below the value belonging to the characteristic point /. By the shift pulse, depending on whether the capacitor C1 is charged or not, the tunnel diode is tilted back to the operating point g , or it remains in the operating point d. If the capacitor Ci is charged, the voltage applied to it succeeds in driving a current through the diode Dl together with the shift pulse, which tilts the tunnel diode to the operating point g , but if the capacitor Cl is not charged, then the potential is so low at point α that the diode D1 does not leave its blocking state despite the shift pulse. In this case, the tunnel diode remains in working point d. The value 0 of the digital information unit appears at output 3. Only a very small current flows through the resistor R 3. Its task is to ensure that, in the case of the uncharged capacitor, the voltage at point α is negative enough that no current can flow through diode D1 when the shift pulse occurs.

Beim Aufbau der Schaltung nach Fig. 2 sind noch die folgenden Einzelheiten zu beachten: Der Rückstellimpuls muß verhältnismäßig leistungsstark sein, damit er mit Sicherheit die Tunneldiode aus dem Arbeitspunkt g in den Arbeitspunkt d zurückkippt. Ferner empfiehlt es sich, über den Eingang 4 der Anordnung eine geringe positive Vorspannung zuzuführen, damit die Diode D 2 dann, wenn kein Rückstellimpuls auftritt, mit Sicherheit sperrt. Der Schiebeimpuls muß verhältnismäßig schmal sein. Seine Größe soll etwa 300 mV betragen. Außerdem muß der Schiebeimpuls genügend Strom hergeben können, d. h. genügend leistungsstark sein, damit der Punkt e in Fig. 1 überwunden wird. Die Zeitkonstante des Ladekreises, bestehend aus den Gliedern/?2 und Cl, muß groß sein im Verhältnis zu der Dauer des Rück-Stellimpulses, damit der Ladevorgang durch den Rückstellvorgang praktisch nicht beeinflußt wird. Ferner sei beachtet, daß die Arbeitsweise jeder Registerstufe mit einer Spannungsverstärkung verbunden ist. Während nämlich zum Kippen der Tunneldiode nur eine Spannung erforderlich ist, die die Spannung an der Tunneldiode vom Werte₂ bis zu dem zum Kennlinienpunkte gehörenden Spannungswert erhöht, springt die Ausgangsspannung der Registerstufe vom Wert e₂ auf den Wert e_v In the construction of the circuit according to FIG. 2, the following details must also be observed: The reset pulse must be relatively powerful so that it can be sure to tip the tunnel diode back from operating point g to operating point d. Furthermore, it is advisable to apply a slight positive bias voltage to the arrangement via the input 4 so that the diode D 2 reliably blocks when no reset pulse occurs. The shift pulse must be relatively narrow. Its size should be around 300 mV. In addition, the shift pulse must be able to produce enough current, ie be powerful enough so that point e in FIG. 1 is overcome. The time constant of the charging circuit, consisting of the elements /? 2 and Cl, must be large in relation to the duration of the reset control pulse so that the charging process is practically not influenced by the reset process. It should also be noted that the operation of each register stage is associated with a voltage gain. While only one voltage is required to tilt the tunnel diode, which increases the voltage on the tunnel diode from the value ₂ to the voltage value associated with the characteristic point, the output voltage of the register stage jumps from the value e ₂ to the value e _v

Fig. 3 zeigt ein aus drei Stufen S₁, S₂, S₃ zusammengesetztes Schieberegister. Der Aufbau jeder Stufe stimmt überein mit dem Aufbau nach Fig. 2. Die Rückstellimpulse werden für alle Stufen gemeinsam über die Leitung 4 zugeführt und die Schiebeimpulse entsprechend über eine gemeinsame Leitung 5. In der in Fig. 3 angedeuteten Weise können beliebig viele Stufen hintereinandergeschaltet werden.3 shows a shift register composed of three stages S ₁ , S ₂ , S _3. The structure of each stage corresponds to the structure of FIG. 2. The reset pulses for all stages are fed jointly via line 4 and the shift pulses accordingly via a common line 5. In the manner indicated in FIG. 3, any number of stages can be connected in series .

Fig. 4 zeigt eine Anordnung, in welcher der Schiebeimpuls von dem Überschwingen eines Transformators abgeleitet wird, der den Rückstellimpuls zur Verfugung stellt. Der Rückstellimpuls wird in der Weise gewonnen, daß ein negativer Impuls einen Transistor T kurzfristig auf stromdurchlässig steuert, der mit der Primärwicklung P eines Transformators F in Reihe geschaltet ist und von einer Spannung V gespeist wird. Der an der Sekundärwicklung infolge des Stromanstieges über die Primärwicklung auftretende negative Spannungsimpuls wird als Rückstellimpuls verwendet. Wenn der Strom über die Primärwicklung verschwindet, bricht das im Transformator aufgebaute Feld zusammen, wobei in der Sekundärwicklung ein kräftiger Spannungsstoß in entgegengesetzter Richtung induziert wird. Dieser wird über Dioden D 3 und D 4 geformt und als Schiebeimpuls verwendet. Durch Wahl einer geeignet großen Induktivität des Transformators F kann dieser Schiebeimpuls eine beachtliche Energie aufweisen.Fig. 4 shows an arrangement in which the shift pulse is derived from the overshoot of a transformer which provides the reset pulse. The reset pulse is obtained in such a way that a negative pulse briefly controls a transistor T which is connected in series with the primary winding P of a transformer F and which is fed by a voltage V to open current. The negative voltage pulse that occurs on the secondary winding as a result of the rise in current across the primary winding is used as a reset pulse. When the current through the primary winding disappears, the field built up in the transformer collapses, with a strong voltage surge being induced in the secondary winding in the opposite direction. This is formed via diodes D 3 and D 4 and used as a shift pulse. By choosing a suitably large inductance of the transformer F , this shift pulse can have considerable energy.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Shift register for binary information, characterized in that each stage of the shift register consists of a tunnel diode (TD) to which an approximately constant current is applied via a resistor (R 1) and which is supplied with reset pulses on the anode side via a diode (D 2) that the output information of the previous stage charges a capacitor (Cl) via a charging resistor CR 2), the capacitor with its side facing the charging resistor being connected to the anode of the tunnel diode (TD) via a diode (D 1) and on its the other side (5) is acted upon by the shift pulses, and that point (a) between charging resistor (R2) and capacitor (C 1) is biased negatively via a resistor (R 3) by a voltage (-V).

2. Shift register according to claim 1, characterized in that the shift pulse and the reset pulse which occurs shortly before are obtained from a single pulse train which opens and closes a transistor (T) (Fig. 4) which is connected to a transformer (ZO in series at a voltage (V) , so that on the secondary winding (S) of the transformer, according to the build-up and breakdown of the field in the transformer, two pulses of opposite signs arise.

1 sheet of drawings