DE1915700A1 - Schieberegister - Google Patents

Description

B.-Nr. 1281/69 PLl/Go/Sa

20. 3. 1969

FERNSEH GMBH. Darmstadt. Am Alten Bahnhof 6

Schieberegister

Die Erfindung betrifft ein Schieberegister.

Schieberegister sind in der Datenverarbeitung häufig verwendete Baugruppen, die dazu dienen, digitale Signale zu verzögern oder auf mehrere Kanäle zu verteilen. Sie bestehen aus einer Anzahl von Speichern, die derart zusammengeschaltet sind, daß die in ihnen enthaltenen Informationen, ausgelöst von einem Steuersignal _t von jeweils einem Speicher zu dem nächst-folgenden gebracht werden, wobei dem ersten Speicher eine neue Information zugeführt wird und der letzte Speicher eine Information abgibt.

Es sind Schieberegister bekannt, bei denen die Speicher durch bistabile Schaltstufen realisiert sind oder die Speicherung mittels Kondensatorladungen erfolgt. Ferner sind Schalteinrichtungen erforderlich, die die Information von einem in den nächsten Speicher überführen, wobei Zwischenspeicher erforderlich sind, damit alle Informationselemente gleichzeitig weitergeschaltet werden können. Diese bekannten Schieberegister verfugen oft über einen sehr großen Aufwand.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schieberegister vorzuschlagen, welches sich durch geringen technischen Aufwand auszeichnet und sich möglichst gut eignet, mit Hilfe von integrierten Schaltungen verwirklicht zu werden,

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Reihe von Featkörperspeicherelementen, die nach einem Riehtungs-

wechsel der anliegenden Spannung für eine von der Größe des vor dem Richtungswechsel vorhandenen Stromes abhängige begrenzte Ladungsmenge durchlässig sind j die Pestkörperspeicherelemente abwechselnd mit gegenphasigen Wechselspannungen beaufschlagt werden und daß jeweils diejenigen Speicherelemente, die mit einer Halbwelle der Wechselspannung in Sperrichtung beaufschlagt sind, mit den folgenden Speicherelementen elektrisch leitend verbunden sind.

In den erfindungsgemäßen Aueführungsbeispielen werden Schaltungsanordnungen vorgeschlagen, in denen die Festkörperspeichere lenient β durch Dioden oder Diodenstrecken von Transistoren dargestellt werden. Sie zeichnen sich durch geringen Aufwand aus. Bei den einfachsten dieser Schaltungsanordnungen bestehen die einzelnen Stufen lediglich aus wenigen Sperrschichtübergängen.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher erläutert. Von diesen zeugt

Figur 1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel„ bei

dem als Speicherelemente Dioden vorgesehen sind, Figur 2 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei em ie Q_as-|_semi't'tex's-'tz'ecken von Transistoren

die Speicherfunktion übernehmen Figur 3 ein Ausführungsbeispiel, bei dem lediglich Dioden verwendet werden.

Figur i zeigt drei Stufen eines erfindungsgemäßen Schieberegisters, von denen jede aus einem Transistor 6,7,8 und einer Diode 9,iG und 11 besteht. Die Widerstände 2,9,4,18 und 19 haben für die Funktion der Schaltungsanordnung eine untergeordnete Bedeutung und können unter gewissen Bedingungen entfallen. '

Das zu verzögernde digitale Signal wird der Schaltungsanordnung "bei 5 zugeführt, während die Taktimpulse für das Schieberegister bei 16 und 17 eingespeist werden, wie es beispielsweise durch

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die Diagramme a und b dargestellt ist. Über die Leitung 1 wird die Betriebsspannung der Schaltungsanordnung zugeleitet. Die digitalen Signale bei 5 verfügen beispielsweise über zwei Sohaltzustände, von denen der eine durch Masseapotential und der andere durch ein positives Potential gekennzeichnet ist. Liegt nun für einen ersten Zeitabschnitt der Steuerspannung der Anschluß 16 auf Massepotential» so fließt durch den Transistor β Strom, wenn die digitalen Signale bei i über positives Potential verfügen. Dieser Strom fließt ebenfalls durch die Diode 9. Während des folgenden Zeitabschnittes liegt bei 16 positives Potential« Hierdurch wird sowohl die Diode 9 als auoh der Transistor 6 gesperrt. Da jedoch die Diode 9 über einen ausgeprägten Ladungsspeiohereffekt (Ladungeträgheit) verfügt, fließt durch die gesperrte Diode 9 eine Ladungsmenge, die dem vor dem Riohtungsweohsel vorhandenen Strom annähernd proportional ist. Für die Verwendung in digitalen Schaltungen spielt jedooh diese Proportionalität keine Rolle; es wird lediglich ausgenutzt, daß bei positivem Potential am Eingang 5 ein Strom floß, der in der folgenden Halbwelle der Steuerspannung bei 16 einen Stromstoß durch die Diode 9 auslöst. Der Entladestrom der Diode 9 fließt durch die Basisemitterstrecke des Transistors 7, dessen Emitter über die Diode 10 und den Anschluß IT während dieser Zeit Massepotential erhält. Der Strom wird durch den Transistor 7 verstärkt, womit die eingangs genannte Information (positives Potential am Eingang 5) sich in der Diode 10 befindet. Beim nächsten Zeitabschnitt der Steuerspannungen bei 16 und 17 wird der nächste Wert am Eingang 5 abgefragt und in die Diode 9 gebracht, sowie die Information der Diode 10 in die Diode 11 überfuhrt. Es können beliebig viele Stufen hintereinander geschaltet werden, wobei die Dioden abwechselnd mit den Schaltungspunktenie und 17 verbunden sind.

Nach den Diagrammen a und b erfolgt die Ansteuerung der Dioden mit um 180° phasenverschobenen mäanderförmigen Impulsen. Mit ähnlichem Erfolg können auch sinusförmige Spannungen angewendet werden. Da es im wesentlichen darauf ankommt, die Fußpunkte

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der einzelnen Stufen untereinander mit rechteckförmigen bzw. sinusförmigen Steuerspannungen zu versorgen, ist es auch möglich, jede zweite Diode mit einem konstanten Potential, beispielsweise Massepotential,zu verbinden, wie es bei c symbolisch dargestellt ist und die anderen Dioden mit einer um dieses Potential schwankenden Spannung zu versorgen.

Die Widerstände 2, 3 und 4 dienen lediglich zur Begrenzung der Ströme durch die Dioden bzw. Transistoren. Bei günstiger Wahl der Eigenschaften der Dioden und Transistoren können jedoch die Widerstände entfallen. Zur Strombegrenzung können statt der Widerstände 2, 3 und 4 auch Widerstände in die Zuleitungajder Steuerspannungen zu den Dioden eingefügt werden. Auch wenn h . * vor dem Richtungswechsel der an einer Diode anliegenden Wechselspannung kein Strom durch die Diode fließt, entsteht nach dem Richtungswechsel durch die Kapazität der Diode eine kleiner Stromstoß. Für den Fall„daß dieser zu groß wird, so daß der folgende Transistor dadurch in den leitenden Zustand gerät, können die Basen der Transistoren 7, 8 über die Widerstände 18 bzw. 19 mit Massepotential oder einer negativen Spannungsquelle verbunden werden.

Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schieberegister, bei dem die Basisemitterstrecken von Transistoren 21, 22, 23 zur Ladungsspeicherung herangezogen werden. Bei 20 werden die digitalen Signale zugeführt und können verzögert bei 29 sowie " an den Emittern der anderen Transistoren abgenommen werden. Die Dioden 24, 25 und 26 verfügen über einen zu vernachlässigenden Ladungsspeichereffekt. Zur Erläuterung der Funktion der Schaltungsanordnung nach Figur 2 wird von einem Zeitpunkt ausgegangen, zu dem die Spannung am Anschluß 27 negativ und diejenige am Anschluß 28 positiv ist. Der elektronische Schalter 20 sei geschlossen, wenn die Spannung am Sbhaltungspunkt 27 ebenfalls negativ ist. Zur Festlegung der Zuordnung für die digitalen Signale, die dem Schalter 20 zugeführt werden, seien die Spannungszustände positiv und negativ festgelegt, die in etwa

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den beiden Extremwerten der bei 2T und 28 zugeführten Wechselspannung entsprechen» Zu dem obengenannten Zeitpunkt liegt ' also sowohl an der Kathode der Diode 24 als auch am Kollektor des Transistors 21 negatives Potential, während die entsprechenden Punkte des folgenden Gliedes des Schieberegisters auf positives Potential angehoben sind. Daraus ergibt sich, daß der Transistor 22 nichtleitend ist und kein durch die Impulse verursachter Strom durch den Transistor 21 fließt, da sowohl Kollektor als auch Emitter des Transistors 21 auf negatives Potential liegen. Da jedoch zu diesem Zeitpunkt der Schalter 20 geschlossen ist, fließt über die Basisemitterstrecke des Transistors 21 und die Diode 24 ein Strom, wenn die digitalen Signale, die über den Schalter 20 zugeführt werden, positives Potential aufweisen. Daraus ergibt sich, daß für positive Signale im Transistor 21 eine Ladung gespeichert wird, während für negative Signale die Speicherung einer Ladung unterbleibt.

Während der folgenden Halbwelle der Steuerspannung bei 27 und 28 wird das aus dem Transistor 21_und der Diode 24 bestehende Glied des Schieberegisters auf positives Potential angehoben, während das folgende Glied negatives Potential erhält. Es ergibt sich dadurch ein Strom, der in Laufrichtung der Elektronen gezählt vom Anschluß 28 über die Diode 25,über die Basisemitterstrecke des Transistors 22 durch den Transistor 21 zum Anschluß 27 verläuft. Dieser Strom hält so lange an, bis die gespeicherte Ladung in der Basisemitterstrecke des Transistors 21 abgebaut ist, bzw. fließt nur dann, wenn in der vorangegangenen Halbwelle der Steuerspannung ein Strom duroh die Basis des Transistors 21 floß. Damit ist die Information um ein Element des Schieberegisters weitergeleitet. Bei der nächsten Halbwelle wird die Information, die im Transistor 22 gespeichert ist,in den Transistor 23 geleitet und über den Schalter 20 das . nächste Informationselement abgefragt.

Auch hier besteht die Möglichkeit,an jedem Speicherelement Ausgangssignale abzugreifen. Es ist auch möglich, ähnlich wie

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in der Schaltungsanordnung nach Figur 1, Widerstände einzufügen, an denen Spannungsabfalle entstehen, die als Ausgangsspannungen verwendet werden -können.

Bei den Schaltungsanordnungen nach Figur 1 und 2 wird durch die Verwendung von Transistoren innerhalb jedes Gliedes eine Verstärkung vorgenommen, so daß die Signale, die durch das Schieberegister geleitet werden, ständig über eine optimale Amplitude verfügen. To auf eine derartige Verstärkung verzichtet werden kann, ist es möglich,die Schaltungsanordnung nach Figur 3 in vorteilhafter Weise zu verwenden. Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 3 werden die Speicherelemente durch Dioden 32, 34, 36, 38 mit ausgeprägten Ladungsspeichereffekt realisiert, während die Dioden 31, 33, 35, 37 und 39 eine gegenüber den erstgenannten Dioden zu vernachlässigende Ladungsträgheit aufweisen. Wie auch die Figuren 1 und 2 stellt die Figur 3 lediglich einen Ausschnitt aus einem längeren Schieberegister dar. Bei 30 werden die binären Signale zugeführt, während die bei 40 verzögert wieder abgenommen werden. Die Steuerimpulse gelangen bei 41 zur Schaltungsanordnung und werden den Dioden 32 und 36 zugeführt. Die Funktion der Schaltungsanordnung nach Figur 3 ist äußerst einfach. Bei jedem Polaritätswechsel der Steuerspannung bei 41 wird die Information einer Diode in die nächste überführt. Aus Symmetriegründen können auch die Dioden 34 und 38 von einer Wechselspannung, die jedoch gegen— phasig zu derjenigen an den Dioden 32 und 36 ist, angesteuert werden.

Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 3 erfolgt keine Verstärkung, so daß der Pegel der digitalen Signale mit zunehmender Anzahl von Gliedern des Schieberegisters abnimmt. Sollte er unter einen zulässigen Wert fallen, so ist es möglich, herkömmliche Impulsformer oder Schieberegister nach den Figuren 1 und 2 hinzuzuschalten.

Ebenso ist es möglich, zwischen die Festkörperspeicherelemente

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andere aktive Elemente wie beispielsweise Feldeffekttransistoren einzuschalten.

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Claims (11)

R.-Nr. 1281/69 - 8 - PLl/Go/Sa -\ Q-I 20.3.1969 l3l Patentansprüche

1. Schieberegister, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Reihe von Pestkörperspeicherelementen, die nach einem Richtungswechsel der anliegenden Spannung für eine von der Größe des vor dem Richtungswechsel vorhandenen Stromes abhängige begrenzte Ladungsmenge durchlässig sind, die Festkörpersj)eieherelemente abwechselnd mit gegenphasigen Wechselspannungen beaufschlagt werden und dail ,jeweils diejenigen Speicherelemente, die mit einer Ilalbwelle der Wechselspannung in Sperrichtung beaufschlagt sind, mit den folgenden Speicherelementen elektrisch leitend verbunden sind.

2. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Reihe von Dioden (9,10,11) mit ausgeprägtem Ladungsspeichereffekt die jeweils eine Elektrode jeder Diode über ein Verstärkereleinent (6,7,8) mit der gleichen Elektrode der folgenden Diode (10,11) verbunden ist, daß die anderen Elektroden jeder zweiten Diode gemeinsam einem Steueranschluß (l(i) und die anderen Elektroden der anderen Dioden gemeinsam einen anderen Steueranschluü (17) bilden und daß zwischen die Steueranschlüsse (16,17) eine Wechselspannung angelegt ist.

3. Schieberegister -nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerelemente Transistoren (6,7,8) in Kollektor-lirund-Schaltung sind.

4. Schieberegister nach Anspruch 3, da-durch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der Transistoren (6,7,8) über Widerstände (2,3,4) an die Hetriebsspannungsquelle (+iJj ange— schlossen sind.

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BAD ORIGINAL

5. Schieberegister nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuleitung zu den Steueranschlüssen (16,17) zu den Dioden Widerstände eingefügt sind.

6. Schieberegister nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der Transistoren (6,7,8) über je einen Widerstand (18,19) einem Punkt konstanten Potentials verbunden s ind.

7. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherelemente durch die xjasiseinitterstrecken von Transistoren (21,22,23) gebildet werden, wobei der Emitter jedes Transistors (21,22,23) mit der Basis des folgenden verbunden ist, daß der Emitter jedes Transistors über je eine Diode (24,25,26), deren Ladungsträgheit im Verhältnis zu derjenigen der Transistoren klein ist,und der Kollektor abwechselnd mit einem ersten und einem zweiten Steueranschluß (27,28) verbunden sind und daß zwischen die Steueranschlüsse (27,28) eine Wechse!spannung angelegt ist

8. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dioden mit kurzer Speicherzeit (31,33,35,37,38) gleichsinnig in Reihe geschaltet sind, und daß der freie Anschluß der ersten Diode den Eingang (30) und der freie Anschluß der letzten Diode den Ausgang (40) bildet, daß an den Verbindungspunkten zwischen jeweils zwei der Dioden je ein Pol weiterer Dioden (32,34,36,38) mitylanger Speicherzeit mit derartiger Polarität angeschlossen ist, daß alle Dioden vom Eingang der Anordnung aus gesehen gleichsinnig gerichtet sind, daß vom Eingang aus gezählt die zweite, vierte usw. Diode (34,38) mit langer Speicherzeit mit ihrem anderen Pol mit einem ersten Steuex'anschlnß und die erste, dritte usw. Diode (32,36) mit langer Speicherzeit mit einem zweiten Steueranschlnß verbunden sind,'und daß zwischen die Steueranschlüsse eine Wechselspannung angelegt ist.

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BAD ORIQINAt

9. Schieberegister nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Steueranschlüsse mit konstantem Potential beaufschlagt ist.

10. Schieberegister nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung symmetrisch zum Massepotential ist.

11. Schieberegister nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung mäanderförmig ist.

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