DE1963225C

DE1963225C - Monolithically integrable flip-flop circuit

Info

Publication number: DE1963225C
Application number: DE19691963225
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 7800 Freiburg Keller
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Filing date: 1969-12-17
Publication date: 1972-01-05

Description

Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrier- durch erreichen, daß für die Transistoren und dieThe invention relates to a monolithic integrier- achieve that for the transistors and the

bare bistabile Flipflop-Schalturig mit zwei gleichartig Dioden unterschiedliches Halbleitermaterial verwen-bare bistable flip-flop circuit with two diodes of the same type using different semiconductor material

aufgebauten Hälften, die jeweils einen Schalttransi- det wird. So verwendet man etwa für die Transistorenbuilt-up halves, each of which is a switching transistor. This is how you use it for the transistors

stör und einen Steuertransistor gleichen Leitungstyps Silizium als Halbleitermaterial, während man für dieinterfering and a control transistor of the same conductivity type silicon as semiconductor material, while one for the

enthalten, deren Kollektoren miteinander sowie 5 Dioden Germanium vorsieht.included, the collectors of which provides germanium with each other and 5 diodes.

deren Emitter miteinander und mit Bezugspotential Diese Realisierungsmöglichkeit scheidet jedoch beitheir emitters with each other and with reference potential However, this implementation option is not available

verbunden sind, wobei jeweils die Basis des Schalt- monolithisch integrierten Schaltungen aus, ria särht-are connected, with each the base of the switching - monolithic integrated circuits from, ria särht-

transistors der einen Flipflop-Hälfte am über einen liehe in der monolithisch integrierten Schaltung vor-transistor of a flip-flop half on a loan in the monolithic integrated circuit

Arbeitswiderstand an Betriebsspannung liegenden kommenden Einzelstrukturen aus demselben HaIb-Working resistance at the operating voltage coming single structures from the same half

Kollektor des Schalttransistors der anderen Flipflop- 10 leitermaterial bestehen.There are collector of the switching transistor of the other flip-flop 10 conductor material.

Hälfte und wobei die Basen der Steuertransistoren Die Aufgabe der Erfindung besteht somit dann,Half and where the bases of the control transistors The object of the invention is therefore

über jeweils einen Koppel-Kondensator an einem die eingangs genannte bistabile Flipflop-Schaltung soVia a coupling capacitor on each of the aforementioned bistable flip-flop circuit so

gemeinsamen Steuereingang angeschlossen sind. auszubilden, daß eine monolithische Integnerung mitcommon control input are connected. train that a monolithic integration with

Diese Flipflop-Schaltung besteht also aus zwei den üblichen Mitteln keine technischen oder kosten-NORStufen mit je zwei Eingängen, von denen je- 15 mäßigen Schwierigkeiten bereitet,
weils der eine Eingang (die Basis des Schalttransi- Die Aufgabe, bistabile Fhpnop-Scnaltungen zu stois) an den Ausgang (den Kollektor des Schaittran- integrieren, ist an sich bekannt. Eme Losung dieser sistors) der anderen Stufe angeschlossen ist. Der je- Aufgabe führte zu den Schaltungen nach dem beweils zweite Eingang (die Basis des Steuertransistors) kannten sogenannten »Master-Slave-Prinzip«, d. h. ist über einen Kondensator mit dem gemeinsamen ao die Flipflop-Schaltung besteht aus einem Hauptflip-Steuereingang verbunden. flop, dem »Master«, und einem Hilfsflipnop, demThis flip-flop circuit therefore consists of two of the usual means, no technical or cost-NOR stages, each with two inputs, each of which causes moderate difficulties.
because one input (the base of the switching transistor) is connected to the output (the collector of the switching transistor) of the other stage. The task led to the circuits according to the second input (the base of the control transistor) known so-called "master-slave principle", ie the flip-flop circuit consists of a main flip control input connected to the common ao via a capacitor. flop, the "master," and an auxiliary flipnop, the

Aus der deutschen Patentschrift 1 286 094 ist eine »Slave«, die beide so miteinander verkoppelt sind,From the German patent specification 1 286 094 is a "slave", both of which are linked to one another in such a way that

Steuerschaltung für monolithisch integrierbare Flip- daß das Hilfsflipflop die Information über den vor-Control circuit for monolithically integrable flip-flop that the auxiliary flip-flop the information about the previous

flop-Schaltungen bekannt, die die Umladung eines herigen Schaltzustand speichert und in Abhängigkeitflop circuits known, which stores the reloading of a previous switching state and as a function

mitintegrierten Kondensators ah Auslösesignal be- a₅ davon die Steuerimpulse an die zur Umschaltung inintegrated capacitor ah the trigger signal is a _{5 of} which the control pulses to the switch to

nutzt, wobei die Umladung wiederum durch einen den anderen Schaltzustand geeignete Hauptflipflon-uses, with the reloading in turn by a main flipflon suitable for the other switching state

zweiten, der e'nen Flipflop-Hälfte zugeordneten hälfte weiterleitet, vgl. die deutsche Auslegeschnftforwards the second half assigned to one flip-flop half, see the German interpretation

Steuereingang beeinflußt wird. Die beiden Flipflop- 1270 102 und die deutsche OffenlegungsschnitControl input is influenced. The two flip-flops 1270 102 and the German disclosure section

Hälften haben getrennte Steuer ,ingänge und nicht 1512 513.Halves have separate tax inputs and not 1512 513.

wie bei der eingangs geschilderten Flipflop-Schaltung, 30 Die Erfindung, die sich nicht auf nach demas in the case of the flip-flop circuit described above, 30 The invention, which does not apply to the

auf die sich die Erfindung bezieht,, nur einen gemein- »Master-Slave-Prinzip« aufgebaute Flipflop-Schal-to which the invention relates, only one common "master-slave principle" constructed flip-flop switch

samen Steuereingang. Auch hat die eigentliche Flip- tungen bezieht, löst die Aufgabe verbesserter Tnte-seed control input. Also, the actual flip-

flop-Stufe der bekannten Anordnung keine NOR- grierbarkeit erfindungsgemaß dadurch, daß in jederflop stage of the known arrangement no NOR- grierbarkeit according to the invention in that in each

Stufen als Flipflop-Hälften, sondern nur jeweils einen Flipflop-Hälfte jeweils der Kollektor eines zu denSteps as flip-flop halves, but only one flip-flop half each to the collector of one

Transistor, wobei der Emitterwiderstand jeder Flip- 35 Schalt- und Steuertransistoren komplementärenTransistor, the emitter resistance of each flip- 35 switching and control transistors being complementary

Mop-Hälfte durch die Basis-Emitter-Strecke eines Zu- Hilfstransistors an der Basis -^s Steuertransistors,Mop half through the base-emitter path of a supply-auxiliary transistor at the base - ^ s control transistor,

salztransistors überbrückt ist. daß jeweils der Emitter des Hilfstransistors am KoI-salt transistor is bridged. that the emitter of the auxiliary transistor at the KoI-

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 208 764 ist lektor des Schalttransistors unJ daß jeweils die BasisFrom the German Auslegeschrift 1 208 764 is the lector of the switching transistor and that in each case the base

eine Flipflop-Schaltung für hohe Schaltfrequenz und des Hilfstransistors direkt oder über mindestensa flip-flop circuit for high switching frequency and the auxiliary transistor directly or via at least

hohe Schaltleistung, also hohe durch die Flipflop- 40 einen Widerstand an Bezugspotential oder daß diehigh switching capacity, so high by the flip-flop 40 a resistance to reference potential or that the

Transistoren fließende Ströme bekannt, die ebenfalls Basis des Hilfstransistors direkt oder über je einenTransistors flowing currents known, which also base the auxiliary transistor directly or via one each

keinen gemeinsamen Steuereingang und keine NOR- Widerstand an die Basis des Schalttransistors ange-no common control input and no NOR resistance connected to the base of the switching transistor

Stufcn in den einzelnen Flipflop-Hälften aufweist. schlossen ist.Stufcn in the individual flip-flop halves. is closed.

Damit die Flipflop-Schaltung, von der die Erfin- Weiterbildungen und besonders vorteilhafte Ausge-So that the flip-flop circuit, of which the inventions and particularly advantageous embodiments

dung ausgeht, durch Eingangsimpulse sicher umge- 45 Stallungen der Erfindung sind in den Unteransprü-45 stables of the invention are in the dependent claims.

schaltet werden kann, muß durch zusätzliche Schal- chen gekennzeichnet und werden nun im Zusammcn-can be switched, must be identified by additional switches and are now

tungsmaßnahmen dafür gesorgt werden, daß für den hang mit den in der Zeichnung dargestellten Figurenmanagement measures ensure that for the hang with the figures shown in the drawing

Umschaltvorgang die Information über den bisherigen näher erläutert.Switching process the information about the previous one explained in more detail.

Schaltzustand in den Kondensatoren gespeichert bleibt. Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild der erfindungs-Switching state remains stored in the capacitors. Fig. 1 shows a basic circuit diagram of the invention

Das laßt sich, wie die Fig. 2 der französischen 50 gemäßen Schaltung;This can be done, as shown in FIG. 2 of the French circuit 50;

Patentschrift 1 548 137 zeigt, dadurch erreichen, daß Fig· 2 zeigt ein anderes Pnnzipschaltbild der cr-Patent specification 1 548 137 shows, can be achieved in that Fig. 2 shows another pinch diagram of the cr-

jeweils der Ausgang und der Steuereingang jeder findungsgcmäßen Schaltung;the output and the control input of each inventive circuit;

Flipflop-Hälftc durch einen Widerstand miteinander Fig· 3 und 4 /eigen den Ersatz eines KoppelkonFlip-flop halves through a resistor to each other Fig. 3 and 4 / own the replacement of a coupling con

verbunden werden. densators durch eine Diode;get connected. capacitor through a diode;

Nachteilig ist bei dieser Schaltung, daß diese die 55 Fig. 5 zeigt den Ersatz eines Koppelkondensator:The disadvantage of this circuit is that it shows the replacement of a coupling capacitor:

Speicherung bewirkenden Widerstände verhältnis- durch einen Transistor;Storage causing resistances proportionally by a transistor;

mäßig hochohmig sein müssen und daher bei mono- Fig. 6 zeigt eine Weiterbildung der Schaltunjmust be moderately high resistance and therefore in mono- Fig. 6 shows a development of the Schaltunj

lithischer Integration der Schaltung einen beträcht- nach Fig. 5;lithic integration of the circuit a considerable- according to Fig. 5;

liehen Teil der Fläche des Halbleiterkörpers bean- Fig. 7 zeigt eine Abwandlung der Schaltung naclborrowed part of the surface of the semiconductor body. Fig. 7 shows a modification of the circuit nacl

Sprüchen. 60 Fig. 5 undSayings. 60 Fig. 5 and

An Stelle der ohmschen Widerstände können auch Fi g. 8 zeigt eine Weiterbildung, die bei den SchalInstead of the ohmic resistances, Fi g. 8 shows a development that applies to the scarf

Halbleiterdioden verwendet werden, wie dies aus der tungen nach den Fig. 1 bis 7 angewandt werdeSemiconductor diodes are used, as will be applied from the lines according to FIGS

deutschen Auslegcschrift 1295 001, Fig. 3 bekannt kann.German Auslegcschrift 1295 001, Fig. 3 known.

ist. Hierbei muß jedoch die Flußspannung dieser Die in Fig. 1 gezeigte Flipflop-Schaltung bcstelis. In this case, however, the forward voltage of this flip-flop circuit shown in FIG. 1 must be bcstel

Dioden möglichst klein, mindestens jedoch niedriger 65 aus zwei symmetrischen Hälften, von denen jede deDiodes as small as possible, but at least lower 65 from two symmetrical halves, each of which is de

als die Basis-Emittcr-Schwellspannung der Steuer- Schalttransistor TIl bzw. 7Ί2 und den Steuertraias the base Emittcr threshold voltage of the control switching transistor TIl or 7Ί2 and the Steuertrai

transistoren sein. Das läßt sich bei einer Schaltungs- sistor Γ21 bzw. TU enthält, deren Kollektoren mibe transistors. This can be done with a circuit transistor Γ21 or TU whose collectors mi

realisierung mit einzelnen Bauelementen leicht da- einander und deren Emitter miteinander verbündeRealization with individual components easily connected to one another and their emitters connected to one another

sind. Oie parallelgeschalteten Kollektoren sind über Gelangt nun an den Steuereingang S ein Steueren ArhL-itswiderstandÄI bzw. «2 mit der Betriebs- signal mit positivem Spannungssprung, so wird inspannunji +U₀ verbunden, während die parallele- folge der schon vorhandenen Aufladung des KonschaliL-ien Emitter an Bezugspotential angeschlossen densators C2 in die Basis des Steuertransistors 722 sind. lJiese Konfiguration, also eine Flipflop-Hälfte, 5 Strom bereits zu einem Zeitpunkt fließen, zu dem stellt, nie eingangs erwähnt, eine NOR-Schaltung die Amplitude des positiven Spannungssprungs die dar, ^.'-!^i die Basen von Steuertransistor und Schalt- Schwells'pannung des Steuertransistors 721 noch tran:,ihi<>r als die beiden Einginge der NüR-Stufe nicht erreicht hat. Dadurch wird der Steuertransistor dieiK'ü. wahrend der Ausgang von den parallele- 722 kurzzeitig durchgesteuert und der Schaltschiilieieii Kollektoren gebildet wird. _l0 trpnsistor 711 gesperrt. Durch die in der Schaltungare. The collectors connected in parallel are now connected to the control input S with a control resistor or «2 with the operating signal with a positive voltage jump, so inspannunji + U _{0 is} connected, while the parallel result is the already existing charging of the connection Emitter connected to reference potential are capacitor C2 in the base of the control transistor 722. This configuration, i.e. a flip-flop half, 5 current already flows at a point in time at which, never mentioned at the beginning, a NOR circuit represents the amplitude of the positive voltage jump which represents the bases of the control transistor and switching - Schwells'voltage of the control transistor 721 still tran:, ihi <> r than the two inputs of the NüR stage has not reached. This makes the control transistor dieiK'ü. while the output of the parallel 722 is briefly activated and the switching circuit collectors are formed. _l0 trpnsistor 711 blocked. By in the circuit

Di-? Vhalttransistorbasis der einen Flipflop-Hälfte vorhandene Rückkopplung wird somit der Schaltist am parallelgechalteten Kollektor der anderen transistor 712 ebenfalls durchgesteuert, d. h., die Flipli'T Hälfte angeschlossen. Zwischen dem Steuer- Flipflop-Schaltung kippt in ihren anderen stabilen an., iii.ιß .V und den Basen der Steuertransistoren Zustand um.Di-? The transistor base of the feedback present in one flip-flop half thus becomes the switching factor at the parallel-connected collector the other transistor 712 is also turned on, d. h., the Flipli'T half attached. Between the control flip-flop circuit flips into their other stable an., iii.ιß .V and the bases of the control transistors state.

T?.\. ! 22 jeder Flipflop-Hälfte liegt je ein Konden- 15 Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 ist T?. \. ! 22 each flip-flop half has a capacitor. 15 The operation of the circuit according to FIG. 1 is

sat'- ''I bzw. C2, über den die Eingangssignale auf prinzipiell die gleiche, da auch hier der eine dersat'- '' I or C2, via which the input signals are basically the same, since here too one of the

die Flipflop-Stufe einwirken. beiden Kondensatoren eine andere Ladung besitztthe flip-flop stage act. both capacitors has a different charge

Zur Erreichung des sicheren Umschaltens vom als der andere und somit die Inform ;iion über denTo achieve the safe switching from as the other and thus the information about the

einen in den anderen Schaltzustand der Flipflop- Schaltzustand des Flipflops in den Kondensatorenone in the other switching state of the flip-flop switching state of the flip-flop in the capacitors

Schaltung dienen die beiden zu den Haupt- und 20 gespeichert ist.Circuit serve the two to the main and 20 is stored.

Steu.transistoren komplementären Hilfstransistoren Sollen die Kondensatoren C1 und C2 ebenfallsControl transistors complementary auxiliary transistors should also capacitors C1 and C2

731 und 732, die dafür sorgen, daß für den Um- in das mcnolithische Bauelement mit einbezogen731 and 732, which ensure that for the um- included in the mcnolithic building element

sch:;!ivorgang die Information über den bisherigen werden, so wann dies in Weiterbildung der Erfindungsch:;! ivorgang the information about the previous one, so when this is in further development of the invention

Schaltzustand eine Zeitlang als Ladungsunterschied auf die verschiedenen nachfolgend geschildertenSwitching state for a while as a charge difference to the various below-described

in ue;i Kondensatoren Cl und C2 gespeichert wird. 35 Weisen geschehen. Es ergeben sich dadurch im vor-is stored in ue; i capacitors Cl and C2. 35 Wise Men Happen. This results in the

Jed.M Hilfstransistor 731 bzw. 732 ist mit seinem liegenden Fall einige besonders günstige Ausbil-Each M auxiliary transistor 731 or 732, with its lying case, has some particularly favorable training

Koüektor an der Basis des zugehörigen Steuer- düngen.Koüektor at the base of the associated control fertilizer.

trau istors 721 bzw. 722 angeschlossen. Der Emit- In den Fig. 3 bis 8 ist jeweils nur eine der beiden ter jedes Hilfstransistors ist am Kollektor des zu- Flipflop-Hälften der Einfachheit halber gezeichnet. gehangen Schalttransistors 711 bzw. 712 ange- 30 Die nicht dargestellte andere Hälfte ist identisch aufschlössen, gebaut und mit der gezeigten wie oben beschriebentrau istors 721 and 722 are connected. The emit in FIGS. 3 to 8 is only one of the two Each auxiliary transistor is drawn at the collector of the flip-flop halves for the sake of simplicity. hung switching transistor 711 or 712 attached- 30 The other half, not shown, is identically open, built and with the shown as described above

Die Basis jedes Hilfstransistors liegt über min- »über Kreuz« verbunden.The base of each auxiliary transistor is connected via min "crossed".

desiens einen Widerstand an Bezugspotential. Hierbei Die Kondensatoren C1 und C 2 können durch in ist es in Ausgestaltung der Erfindung möglich, ent- Fluß- oder Sperrichtuag betriebene pn-Übergänge weder die Basen der beiden Hilfstransistoren 731 35 realisiert werden. So zeigt Fig. 3 eine zwischen und .·' 32 miteinander zu verbinden und über den Steuereingang S und Sieuertransistorbasis in Sperrgemeinsamen Widerstandes nach Bezugspotential richtung geschaltete Diode Dl. Besonders günstig ist zu schalten oder jede Basis unter Zwischenschaltung es, wenn diese Dioden von als Dioden geschaltete des jeweiligen Widerstandes R41 bzw. R41 mitein- Transistoren in der monolithischen Schaltung gebilander zu verbinden und über den gemeinsamen 40 det werden.desiens a resistance at reference potential. In this case, the capacitors C1 and C 2 can be realized in an embodiment of the invention, pn junctions operated in a flow or blocking manner, neither the bases of the two auxiliary transistors 731 35. 3 shows a diode D1 connected between and 32 to each other and connected via the control input S and Sieuertransistorbasis in blocking common resistance towards the reference potential direction . It is particularly advantageous to switch or any base with interconnection if these diodes are used as diodes connected to the respective resistor R 41 or R41 mitein-transistors in the monolithic circuit to connect and be connected to the common 40 det.

Widerstand A3 an Bezugspotential anzuschließen Fig. 4 zeigt eine zwischen Steueransrhluß S undTo connect resistor A3 to reference potential. Fig. 4 shows one between control terminals S and

oder jede Basis über je einen Widerstand R 41 bzw. Steuertransistorbasis in Flußrichtung geschalteteor each base is connected in the flow direction via a resistor R 41 or a control transistor base

/?42 direkt mit Bezugspotential zu verbinden. Diode Dl. Auch hierfür lassen sich als Dioden ge-/? 42 to be connected directly to the reference potential. Diode Dl. This can also be used as diodes

Dic in Fig. 2 gezeigte Flipflop-Schaltung unter- schaltete Transistoren besonders vorteilhaft ein-The flip-flop circuit shown in FIG.

sclK-i'iet sich von dei in Fig. 1 dargestellten da- 45 setzen.sclK-i'iet sit down from the 45 shown in FIG.

durch, daß jeweils die Bay's der Hilfstransistoren Anstatt solcher als Dioden geschalteter Transisto-by ensuring that the bays of the auxiliary transistors instead of such transistors connected as diodes

731 und 732 direkt eier über je einen Widerstand ren können aber auch als Transistoren betriebene731 and 732 can also be operated as transistors via a resistor each

R51 bzw. R52 an der Basis der zugehörigen Schalt- Transistoren angewandt werden. So zeigt Fig. 5, R 51 or R 52 can be applied to the base of the associated switching transistors. Thus Fig. 5 shows

transistoren 711 und 712 angeschlossen ist. Wäh- wie der Kondensator C1 der Fig. 1 und 2 durchtransistors 711 and 712 is connected. Select as the capacitor C1 of FIGS. 1 and 2 through

rend bei der Schaltung nach Fig. 1 also die Hilfs- 50 einen Koppeltransistor 741 ersetzt ist, der vom glci-In the circuit according to FIG. 1, the auxiliary 50 is replaced by a coupling transistor 741, which is

transislorhasen an konstantem Potential Liegen, wer- chen Leitungstyp wie Hie Steuer- und Schalt'ransisto-Transislor phases are at constant potential, are conduction types such as control and switching transistor

dcn sie nach der Schaltung von Fig. 2 beim Um- ren ist. Dieser Koppeltransistor 741 ist so geschaltet,because it is changing over according to the circuit of FIG. This coupling transistor 741 is connected so

schalten de.· FliFflop-Schaltung von den Ausgangs- daß sein Emitter am Steuercingang S liegt und daßswitch de. · FliFflop circuit from the output that its emitter is at the control input S and that

impulsen entsprechend gesteuert. jeweils seine Basis bzw. sein Kollektor der Basispulses controlled accordingly. in each case its base or its collector of the base

Die Wirkungsweise der Flipflop-Schaltung nach 55 bzw. dem Kollektor des Steuertransistors 721 par-The operation of the flip-flop circuit according to 55 or the collector of the control transistor 721 par-

F i g. 2 wird nun im folgenden nähei erläutert: allel geschaltet sind.F i g. 2 will now be explained in the following: allele are switched.

Es sei angenommen, daß sich die Flipflop-Schal- Bei monolithischer Integrierung der SchaltungIt is assumed that the flip-flop switch with monolithic integration of the circuit

tung in einem solchen stabilen Zustand befindet, daß nach Fig. 5 können Koppeltransistor 741 unddevice is in such a stable state that, according to FIG. 5, coupling transistor 741 and

der Schalttransistor 711 durchgestcuert und somit Steuertransistor 721 vorteilhaft zu einem Doppel-the switching transistor 711 is switched through and thus control transistor 721 advantageously leads to a double

der Schalttransistor 712 zwangsweise gesperrt ist. 60 emittertransistor 751 zusammengefaßt werden, wiethe switching transistor 712 is forcibly blocked. 60 emitter transistor 751 can be summarized as

Dann ist der Hilfstransiitor 731 ebenfalls gesperrt, dies in Fig. 6 gezeigt ist.Then the auxiliary transistor 731 is also blocked, this is shown in FIG.

und der Hilfstransistor 732 ist fast durchge.steuert. Eine andere Schaltungsart für einen als Transistor Solange kein Eingangssignal auftritt, ist der Konden- betriebenen Koppeltransistor ist in F i g. 7 gezeigt, sator Cl entladen, wahrend der Kondensator C2 Hier liegt der Emitter des Koppeltransistors 761 über den Hilfstransistor 732 v\i einige 100 mV auf- 65 ebenfalls wie in Fig. 5 der Emitter des Koppelgeladen ist. Somit ist die Information über diesen transistors 741 am Steuereingang S und die Basis Schaltzustand der Flipflop-Schaltung in den beiden des Koppeltransistors an der Basis des Steuer-Kondensatoren eindeutig gespeichert. transistors. Der Kollektor liegt jedoch an der Basisand the auxiliary transistor 732 is almost durchge.steuert. Another type of circuit for a transistor, as long as no input signal occurs, is the condenser-operated coupling transistor is shown in FIG. 7, the capacitor C1 is discharged while the capacitor C2. Here, the emitter of the coupling transistor 761 is charged by a few 100 mV via the auxiliary transistor 732 v \ i, also as in FIG. 5, the emitter of the coupling is charged. Thus, the information about this transistor 741 at the control input S and the base switching state of the flip-flop circuit is clearly stored in the two of the coupling transistor at the base of the control capacitors. transistor. However, the collector is at the base

ies Schalttransistors Γ11. Das Kollektorpotential ies Koppeltransistors Γ 61 verhalt sich somit zum Kollektorpotential des Koppeltransistors Γ41 nach F i g. 5 zeitlich invers.This switching transistor Γ 11. The collector potential of the coupling transistor Γ 61 is thus related to the collector potential of the coupling transistor Γ41 according to FIG. 5 inversely over time.

In den Schaltungen nach den F i g. 5 und 7 können Kollektor und Emitter der Koppeltransistoren auch vertauscht werden. Die Koppeltransistoren können auch von zu den Steuer- und Schalttransistoren komplementärem Leitungstyp sein. In the circuits according to FIGS. 5 and 7 can collectors and emitters of the coupling transistors can also be swapped. The coupling transistors can also be of a conductivity type that is complementary to the control and switching transistors.

Sollen keine Halbleiterschichten oder -zonen zur Realisierung der Kondensatoren C1 und Cl herangezogen werden, so können diese in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als Metall-Oxyd-Silizium-Kapazitäten ausgebildet werden.Are to be no semiconductor layers or zones for realizing the capacitors C1 and Cl used, these may be metal-oxide-silicon capacity be formed in a further embodiment of the invention as well.

In F i g. 8 ist eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Flipflop-Schaltung gezeigt, die bei allen bisher erläuterten Schaltungsvarianten anwendbar ist. Es ist wiederum der Einfachheit halber nur eine Hälfte gezeichnet. Die Schaltung einer Hälfte ist um den Zusatztransistor Γ 71 erweitert. Er ist so angeschlossen, daß sein Emitter an Bezugspotential liegt, sein Kollektor an der Basis des Steuertransistors T21 und seine Basis an der Basis des Schalttransistors TIl angeschlossen ist. Die beiden in der Flipflop-Schaltung vorhandenen Zusatztransistoren sind je nach ihrem Schaltzustand durchgesteuert oder gesperrt und tragen zu einer eindeutigeren Entladung der Kondensatoren Cl und Cl bei.In Fig. 8 shows a further development of the flip-flop circuit according to the invention, which can be used in all of the circuit variants explained so far. Again, for the sake of simplicity, only one half is drawn. The circuit of one half is extended by the additional transistor Γ 71. It is connected in such a way that its emitter is connected to reference potential, its collector is connected to the base of the control transistor T21 and its base is connected to the base of the switching transistor TIl . The two additional transistors present in the flip-flop circuit are switched through or blocked depending on their switching state and contribute to a clearer discharge of the capacitors C1 and C1 .

Die Arbeitswiderstände R1 und R1 können, besonders im Falle hoher Widerstandswerte, durch Transistoren ersetzt werden, die als Konstant-Stromquellen geschaltet sind. Im Falle bipolarer Transistoren ersetzt ihre Kollektor-Emitter-Strecke die Verbindung zwischen den Schalttransistorkollektoren und der Betriebsspannung +U_B, während die Basis dieser Transistoren von einem konstanten Strom gespeist wird.The load resistors R 1 and R1 can, especially in the case of high resistance values, be replaced by transistors that are connected as constant current sources. In the case of bipolar transistors, their collector-emitter path replaces the connection between the switching transistor collectors and the operating voltage + U _B , while the base of these transistors is fed by a constant current.

Auch Feldeffekttransistoren können die Arbeitswiderstände ersetzen. Hierbei ergibt sich die weitere Möglichkeit, entweder diese Feldeffekttransistoren als hochohmige Widerstände oder ebenfalls als Konstantstromquellen zu betreiben. Es sind sowohl Sperrschicht-Feldeffekttransistoren als auch Isolierschicht-Feldeffekttransistoren, insbesondere Metall-Oxyd-Feldeffekttransistoren geeignet.Field effect transistors can also replace the load resistors. This results in the other Possibility of using either these field effect transistors as high-ohmic resistors or also as constant current sources to operate. There are junction field effect transistors as well as insulating layer field effect transistors, metal-oxide field effect transistors are particularly suitable.

Über die Arbeitswiderstände R1 und R 2 oder die als Konstantstromquellen geschalteten Transistoren fließen dabei sehr geringe Ströme, insbesondere Ströme kleiner als 1 μΑ.Very low currents flow through the load resistors R 1 and R 2 or the transistors connected as constant current sources, in particular currents smaller than 1 μΑ.

Bei der monolithischen Integrierung der erfindungsgemäßen Flipflop-Schaltung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Hilfstransistoren T 31 und T 32 als laterale pnp-Transistoren ausgebildet sind, während die übrigen Transistoren der Flipflop-Schaltung übliche npn-Transistoren darstellen. In diesem Falle wird zweckmäßigerweise die Baciszone des jeweiligen Hilfstransistors Γ 31 bzw. Γ 32 der einen Flipflop-Hälfte zugleich als Kollektorzone der zugeordneten npn-Steuer- und Schalttransistoren T12 und T 22 bzw. TIl und T 21 der anderen Flipflop-Hälfte ausgebildet.In the monolithic integration of the flip-flop circuit according to the invention, it is particularly advantageous if the auxiliary transistors T 31 and T 32 are designed as lateral pnp transistors, while the other transistors of the flip-flop circuit represent conventional npn transistors. In this case, the Bacis zone of the respective auxiliary transistor Γ 31 or Γ 32 of one flip-flop half is also designed as a collector zone of the associated npn control and switching transistors T12 and T 22 or TIl and T 21 of the other flip-flop half.

Auch wird die Wirkungsweise der Schaltung günstig beeinflußt, wenn die Basis-Emitter-Schwellspannung der als Hilfstransistoren eingesetzten Transistoren um mindestens 10 mV kleiner ist als die Basis-Emitter-Schwellspannung der als Schalttransistoren verwendeten Transistoren.The mode of operation of the circuit is also favorably influenced if the base-emitter threshold voltage of the transistors used as auxiliary transistors is at least 10 mV smaller than the Base-emitter threshold voltage of the transistors used as switching transistors.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Flipflop-Schaltung sind insbesondere darin zu sehen, daß sie über einen weiten Betriebsspannungsbereich und einen hinsichtlich der Eingangsimpulsamplitude ebenfalls großen Bereich sicher arbeitet. Ferner istThe advantages of the flip-flop circuit according to the invention can be seen in particular in the fact that they have a wide operating voltage range and a range that is also large in terms of the input pulse amplitude works reliably. Furthermore is

S diese Schaltung auch noch bei sehr geringen, in den einzelnen Transistoren fließenden Strömen absolut betriebssicher. Es wurde ein sicheres Arbeiten auch noch bei Strömen in der Größenordnung von 100 nA festgestellt. Selbst bei diesen geringen, in der jeweilsS this circuit is absolute even with very low currents flowing in the individual transistors operationally reliable. It was safe to work even with currents in the order of 100 nA detected. Even with these minor ones, in each case

ίο durchgesteuerten Flipflop-Hälfte fließenden Strömen sind die beiden Schaltzustände noch eindeutig ausgebildet, d. h. eine Flipflop-Hälfte ist eindeutig durchgesteuert und die andere ist eindeutig gesperrt. Auf Grund dieser sehr günstigen Eigenschaften auch bei geringsten Strömen ist die erfindungsgemäße Flipflop-Schaltung unter anderem besonders geeignet, als Grundbaustein einer binären Zählkette für quarzgesteuerte Uhren zu dienen. Der geringe in der Größenordnung von einigen μ Α liegende Ge-ίο full-flip-flop-half flowing streams are the two switching states still clearly established, d. H. one flip-flop half is unique controlled and the other is clearly blocked. Because of these very favorable properties Even with the lowest currents, the flip-flop circuit according to the invention is, among other things, special suitable to serve as the basic building block of a binary counting chain for quartz-controlled clocks. The minor one in the order of magnitude of a few μ Α

»0 Samtstromverbrauch einer solchen bis zu 14stufigen Binärzählerkette ermöglicht die Verwendung von üblichen sogenannten Knopfzellen als Gleichspannungsquclle zum Betrieb dieser Uhren. Auch quarzgesteuerte Armbanduhren können mit einer aus der»0 Total power consumption of such a binary counter chain with up to 14 levels enables the use of usual so-called button cells as a DC voltage source for operating these clocks. Also quartz-controlled Wristwatches can be matched with one of the

as erfindungsgemäßen Flipflop-Schaltung aufgebauten Binärzählerkette an einer solchen Knopfzelle etwa 1 Jahr lang ^«trieben werden.The binary counter chain built up according to the invention on such a button cell can be driven for about 1 year .

Ein weiteres Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Flipflop-Schaltung stellen Binärfrequenzteiler zum Einsatz in elektronischen Orgeln dar. Auch hier macht sich die Eigenschaft der erfindungsgemäßen Flipflop-Schaltung, mit geringen Strömen betreibbar zu sein, vorteilhaft bemerkbar. Auch digitale Rechenautomaten können mit der erfin-Binary frequency dividers represent a further field of application of the flip-flop circuit according to the invention for use in electronic organs. Here too, the property of the invention makes itself felt Flip-flop circuit to be operated with low currents, advantageously noticeable. Also digital calculators can with the inven-

dungsgemäßen Flipflop-Schaltung als Grundbaustein für Zähler, Schieberegister, Zuordner und Speicher usw. aufgebaut werden.proper flip-flop circuit as a basic building block for counters, shift registers, allocators and memories etc. can be built.

Claims

Patent claims:

1. Monolithically integrable bistable flip-flop circuit with two similarly constructed halves, each containing a switching transistor and a control transistor of the same conductivity type, whose collectors and their emitters are connected to each other and to reference potential, the base of the switching transistor of one flip-flop half rm The collector of the switching transistor of the other flip-flop half, which is connected to the operating voltage via a working resistor, and the bases of the control transistors are each connected to a common control input via a capacitor, characterized in that the collector of one to the switching and control transistors in each flip-flop half (TIl, T12; T 21, Γ 22) complementary auxiliary transistor (T 31; T 32) at the base of the control transistor (T 21; T 22) that each of the emitter of the auxiliary transistor at the collector of the switching transistor (TIl, T 12) and that in each case the base of the auxiliary transistor dire kt or via at least one resistor (R 3, R 41, .R 42) to reference potential or that in each case the base of the auxiliary transistor is connected directly or via a resistor (R 51, RSl) to the base of the switching transistor (F i g. 1 and 2).

2. Flip-flop circuit according to claim I, in the case of tier the rabbits of the auxiliary transistors are connected to reference potential via at least one resistor, characterized in that the bases are connected to one another with the interposition of a resistor * R4 \, R41) and utter a further resistor ( R 3) lie on Be / .ugspolcntial.

3. Flipllop circuit according to claim 2, characterized in that the bases of the 1 Ulfs- in transistors are directly connected to one another and are at reference potential via a resistor (ft 3).

4. Flip-flop circuit according to claim 2, characterized in that the bases of the auxiliary transistors each with a resistance (ft 41.

R 41) are at reference potential.

5. Flip-flop circuit according to one of the claims I to 4, characterized in that the capacitors (Cl, C2) of in the reverse direction operated pn junctions are formed.

ft. Flip-flop circuit according to claim 5, characterized in that the in locking direction operated pn junctions are formed as diodes (0 1) connected transistors (Fig. 3).

7. Flip-flop circuit according to one of claims I to 4, characterized in that the capacitors (C1, C2) are formed by pn junctions operated in the forward direction.

8. flip-flop circuit according to claim 7, characterized in that the flow direction operated pn junctions are formed as diodes (D 2) connected transistors (Fig. 4).

^l ). Flip-flop circuit according to claim 7, characterized in that in each case the base of a coupling transistor (T41) of the Steuertransistorlcitungtyp on the control transistor base, that the coupling transistor emitter is connected to the control input (S) and that the coupling transistor collector is connected to the control transistor collector (F i g. 5).

K). Flip-flop circuit according to Claim 9, characterized in that the control transistor and coupling transistor (T9) are combined to form a double emitter transistor (TS1) (Fig. 6).

11. Flip-flop circuit according to claim 7, characterized in that in each case the base of a coupling transistor (Γ61) of the control transistor line type on the control transistor base, that the coupling transistor collector on the switching transistor base and that the coupling transistor emitter is connected to the control input (Fig. T).

12. Flip-flop circuit according to one of claims I to 4, characterized in that the capacitors (Cl. Cl) son metal Oxvd silicon capacities are formed.

13. Flip-flop circuit according to one of claims I to 12, characterized in that ¹ · in each flip-flop Hälftc each of the Fniitter an additional transistor (TTl) of the Steuerliansistorleitungtyp to reference potential, that in each case its collector on the control transistor base and that in each case the additional transistor base is connected to the switching transistor base (Fig. S).

14. Flipllop circuit according to one of claims I to 13, characterized in that the load resistors (R 1, Rl) are replaced by transistors connected as constant current sources.

\ 5. Flip-flop circuit according to one of Claims I to 13, characterized in that ¹ 'the load resistors are replaced by field effect transistors operated as constant sources or as resistors.

Ift. Flip-flop circuit according to claim 14 or 15, characterized in that a current less than I 11Λ is in each case across the load resistors (R 1; RT) or the transistors connected as constant current sources.

17, flip-flop circuit according to any one of claims I to 16, characterized in that the auxiliary transistors (731. 732) are formed as lateral pnp transistors, and that in each case the base region of the auxiliary transistor (Γ31; -T32) at the same time a flip-half The collector zone of the npn control and switching transistors of the other half of the flip-flop is.

18. Flip-flop circuit according to one of Proverbs 1 to 17, characterized in that the base-emitter threshold voltage of the transistors used as auxiliary transistors by at least 10 mV lower than the base F.mitter threshold voltage of the switching transistors used Transistors is.

1 ⁽ ). Flip-flop circuit according to one of Claims 1 to 18, characterized in that several flip-flop stages are accommodated in a common semiconductor body in the manner of a ring counter or a binary counter chain.

20. Flip-flop circuit according to claim 19, characterized in that the load resistors or the transistors connected as constant current sources of the individual in one Common semiconductor body housed flip-flop stages are dimensioned such that about them according to the frequency of the pulses to be counted in the individual stages high currents were called.

1 sheet of drawings

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