DE2001538A1 - Dynamisches Schieberegister - Google Patents

Description

2001533

P&tentanwSft· - ■ ·

Dipl. Ing. C. Waltet*

Dipl. ing. G. Koch Dr. T. Haibach 8 München 2

Kaufingeretr.8,Tel.24Ö2ZI j 4 JAN 1970

- H/V*

PHILCO-PORD CORPORATION, Philadelphia / Perms. (V.St.A.)

Söhieberögister

Die Erfindung; betrifft ein Schieberegister und im besonderen ein dyn&xaiachea Schieberegister» d.h. eine mit Takt· oder

Verzögerungsleitung.

FOr «In dynamieöhea Sohi©l?er®gi8ter ist bekanntlich öhorakfceristisoh, daß es kontihui-.erli.oh durch Taktgeber- batw. Zeitg^berimpulee gesteuert wird, derart, daß am Eingang am Registers "-zugeführt· Information kontinuierlich durch das Register hinduroh versehebea wird» Ein derartiges dynamisches Schieberegister, dea auch ale Takt- bzw, Zeitgeberirapulaa gesteuerte Ver2<3gerun®3l0itung be eel ohne t werden kann, eignet eich aur Srzielung einer genauen Zeitverzögertuig von digitaldaten« Alis Beispiel eia-aä dynamischen Sahieberegletere mit Oberflächen-Peldeffekttransiatoren ("insulated gate field effeot translators¹') kann "das in der US-Pat ent schrift > 395

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beschriebene Register dienen.

Ein Nachteil der bekannten dynamischen Schieberegister beateht darin, daß bei diesen in jeder Stufe, zusammen mit Verschiebungs- oder Zeitgeberimpulsen, ein konstanter Vorspannungsgleichstrom zugeführt werden muS. Ein weiterer Nachteil ist die verhältnisoäßig hohe Leistungsaufnahme, die zu einer unerwünschten Y/ärmeerzeugung in den Sohaltbauteilen des Registers führt. Weitere Nachteile derartiger bekannter Schieberegister aind das Erfordernis von Impuls- ^uellen für Zeitgeberimpulae verhältnismäßig hoher 3pannung, begrenzte Arbeitsgeschwindigkeit, das Erfordernis einer Verzögerung zwischen benachbarten Impulsen der verschiedenen Zeitgebertmpulsquellen, eowie der Umstand, daß Tranalstoren sit unterschiedllohea Steifheiten ("transconductancea") in jederStufe benötigt werden. Außerdem benötigen viele bekannt« dynamische Schieberegister nicht weniger als vier Takt- bzw. Zeitimpulsgeberquellen» Bestimmte bekannte Schieberegister eignen sich auch nicht zur Ausführung in integrierter Schaltungsteohnik (IC-Form).

Dureh die vorliegende Erfindung soll ein dynamisches Schieberegister geschaffen werden, das bei äußerst olnfaohem Aufbau und hoher Betriebszuverläaeigkeit k-einen der vorstehend aufgeführten Nachteile der bekannten Schieberegister besitzt. Im einzelnen soll durch die Erfindung ein dynamisches Schieberegister geschaffen werden, das (a) keine Gleichstromvorspennungsquelle benötigt, (b) nur einen verhältnisßKßig geringen Leistungsverbrauch besitzt, (c) mit Takrt- bzw. Zeitgeberimpulsen von verhältnismäßig niedriger Spannung arbeitet,

(d) eine relativ hohe Arbeitsgeschwindigkeit besitzt,

(e) nur eine Zweiphasen-Zeitgebersteuerung benötigt, (f) keine Verzögerung zwischen benachbarten Impulsen der verschiedenen Zeitgeber-IrapulsQuellen erfordert, (g) in einfacher Weise in IC-Technik ausführbar 1st und (h) im wesentlichen nur einen

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Typ von Sohaltungsbauteilen benötigt.

Zu diesem Zweck weist das dynamische "Schieberegister gemä8 der Erfindung mehrere in Kaskade geschaltete Stufen auf, wobei Jede Stufe acht Oberflächeri-Peldeffekttransletoren ("insulated gate fjöLd effect transistors") und vier Kondensatoren aufweist und Jede Stufe durch zwei, phasetiverschobene Takt- bzw. ZeItgeberlnpulsqueIlen geVrifctea wird, la» betriebsbereiten Zuat and des Registers bewirken die Transietoren, ■■'afl ein erster Kondensator Jeweils bei Jeden Bnpuls au« der ersten Inpulsquelle eine Ladung speichert und ent-■preehend ein zweiter Kondensator jeweils für Jeden Impuls der anderen Inipulsquelle eine Ladung speichert. In aktiven Betriebszustand wird die Eingangsinforaatlon dem Eingang der ersten Stufe zusainven mit einen Impuls der ersten Zeitgeberiapulsquelle rügefuhrt. Palis die Eingangsinformation eine BinKr-NÜLL ist, so bewirken die Transistoren, daü ein dritter Kondensator einen Teil der Aufladung dea zweiten Kondensators zugeführt erhält und speichert. Falls die Eingangsinforeatlon ine Binär^ElNS ist, so bewirken die Transistoren die Entladung des zweiten Kondensators, sowie de· dritten Kondensator», falls dieser eine Auf Ladung beeltet. Sodann bewirken bein nächsten Impuls aus der «weiten Inpulequelle die TraneIstoren den Abfluß der von dem ersten Kondensator gespoieherten Aufladung, falls in dem dritten Kondensator eine Ladung gespeichert 1st (infolge einer vorherigen Eingangsgröße NULL), derart, daß die Stufe keine AuflgangBspannung abgibt (was der Verschiebung der KULL in den Ausgang der Stufe entspricht)· Falls in dec dritten Kondensator keine Ladung gespeichert war (infolge der vorherigen Zufuhr der Eingangsgröße EINS), bewirkt der nächste Iapuls aus der zweiten Impulsquelle, dafl die Transistoren die Ladung des ersten Kondensators auf den vierten Kondensator der nächsten Stufeübertragen.

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Im folgenden*werden Ausführungsbeiapiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Pig. 1 das Schaltbild eines dynamischen Schieberegisters gemäß einer AusfUhrungsfcrra der Erfindung)

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Spannungen au verschiedenen Punkten in der Schaltung von Fig. 1;

Fig· 3 eine Tabelle zur Veranschaulichung der Jeweiligen Zustände der verschiedenen 3chaltbauteile der Schaltung nach Fig. 1 in verschiedenen Zeitpunkten;

Pig. 4 eine Teildarstellung zur Veranschaulichung eines

wahlweise verwendbaren sus&talichen Kerkn&le gemäß der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Schaltung besteht aus mehreren in Kaskade geschalteten identischen Stufen, von welchen in Pig. I zwei Stufen gezeigt sind. Es können beliebig viele derartige Stufen in Kaskade gesohaltet werden, wobei Jeweils Jede Stuf· die dem Eingang der ersten Stufe des Registers zugeführt« Binärinformation udd eine feste vorgegebene Zeitdauer verzögert. Mit Jeder Stufe ist eine Erde- bzw. Masse-Sammelleitung 7 und zwei Sansnelachienen 8 bzw. 9 verbunden, Über welche Takt- bzw. Zeitgeber-Impulsfolgen Pl bzw. P2 zugeführt werden; typische Spannungswellenformen dieser Takt- bzw. Zeitgeberiapulsfc&gen sind in Fig. 2 bei Pi und P 2 veranschaulicht. In dem gezeigten Beispielsfall ist die Impulsfolge P2 die Invera- oder NEIN-Punktion der Impulsfolge Pl; Jedoch können die negativen Impulse jeder der beiden Impulsfolgen schmaler ala bei dem la gezeigten Beispielsfall zugrundegelegten Impulsfolgen mit einem Tastverhältnis von 50 % nein, derart, daß die P2-Impulsfolge dann als eine verzögerte Version der Pl-

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Iiapulsfolge erscheinen würde. Die Pl- und P2-Inpulßfolgt-n brauchen zwar nicht gleiche Wellenformen zu besitzen, Jedoch sollen die Impulse beider Impulsfolgen von der gleichen Polarität, etwa negativ wie in Fig» 2 gezeigt, oein, und außerdem sollen die Impulse der einen Folge sich nicht mit den Impulsen der anderen Folge überlappen.

jede Stufe das Register« hat «ine EingangekZSfflDe und eine Außgangsklemme. Die Ausgangsklemme (mit Ausnahme der letzten) ist jeweils direkt mit der Bingangsklemme der nächstfolgenden Stufe verbunden* Der mit "IN" bezeichnete Anschluß ist der Eingangsanschluß der Stufe 1, und entsprechend der Anschluß Sl die Ausgangsklemme der Stufe 1. Diese Klemme Sl ist dabei direkt mit der Eingangsklemme der Stufe 2 verbunden. Der Ausgangsanschlufl der letzten Stufe (nicht dargestellt) ist mit einer Auagangsklemaie des Gesamtregisters über eine entsprechende Pufferstufe verbunden.

Jede Stufe besteht Jeweils aus zwei identischen Sttifenhälfteh, deren jede vier Oberflächen-Feldeffekttransistoren ("insulated gate field effect transistors'¹) aufweist. Jede Stufe enthält somit insgesamt acht derartige Tranaistoren. Ein Oberflächen-Feldeffekttransistor besteht bekanntlich aus einem Block bzw. Plättchen aus Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps, in den bzw. das zwsi getrennte Ober.flächenbereiche des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps eindiffundiert sind. Eine leitende Torelektrode überdeckt den Kanal zwischen diesen beiden Bereichen; die Torelektrode ist dabei von dem HaIbleiterpisttchen isoliert. Nach dan herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von integrierten Schaltungen (IC-Techniken) lassen sich viele derartige Halbleiterblöcke bzw. -plättohan innerhalb eines gemeinsamen Halbleiterstücks herstellen. Da die Torelektrode von dem Halbleiterplättchen, einschließlieh der in diesem vorgesehenen Quelle- und Senkebereidhe, isoliert 1st, wird die Impedanz zwischen der Torelektrode und <1©bj EaIb-

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leiterpläfctchen extrem hoch. Die Torelektrode bildet mit dem darunter befindlichen Substrat, bestehend aus den Quelle- und Senkebereichen und dem die 3trombahn bzw. den 3tromkanal zwischen ihnen bildenden Teil des Halbleiterplättchens, einen Kondensator. Infolge der extrem hohen Eingangsimpedanz der Torelektrode vermag dieser Kondensator eine Ladung über eine lange Zeitdauer zu speichern.

Die Schaltbauteile in der ersten Stufe sind jeweils mit Bezugsziffern im Bereich von 10 bis 20(genau: 11 bis 18) bezeichnet, Schaltbauteile der zweiten Stufe mit den entsprechenden Bezugsziffern im Bereich von 20 bis 30 (genau: 21 bis 28).

Die erste Hälfte der Stufe 1 weist drei Transistoren QIl, Q12 und Ql} auf, deren Quelle-Senke-Strecken in Reihe zwischen der P2-Saianelleitung und Erde liegen. Die zweite Hälfte der Stufe 1 weist drei Transitoren Q15, · Ql6 und Ql 7 auf, deren Quelle-Senke-Strecken in Reihe zwischen der Pl-Sammelleitung und Erde liegen. Die erste Hälfte der Stufe 1 weist ferner einen vierten Transistor Ql4 auf, dessen Quelle-Senke-Strecke zwischen der Verbindung der Quelleelektrode des Tranaistora QlJ und der Senkenelektrode von Ql2 einerseits und der Torelektrode von Q15 in der zweiten Hälfte der Stufe 1 andererseits liegt. Entsprechend weist die zweite Hälfte der Stufe 1 einen Werten Traneistor Ql8 auf, dessen Quelle-Senke-Streoke die Verbindungsstelle der Senkeelektrods von Ql6 und der Quelleelektrode von Q17 eilt der Torelektrode von Q21 der Stufe 2 verbindet. Diese Torelektrode von Q21 bildet einerseits den Ausgangsanschluß der Stufe 1 und gleichzeitig den Eingangsanschluß der Stufe 2. Die Torelektrode von Q13, Ql6 und Ql8 sind sämtlich mit der P2-Saiwnelleitung verbunden, während die Torelektroden von Q12, Ql4 und Q17 sämtlich uit der Pl-Samme 1 leitung verbunden sind. Die Eingangskiemine "IN" des Schieberegisters und der Stufe 1 ist die Torelektrode von QIl.

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Bestiitote inhärente Leitungen und Toreigenkapazitäten der Transistoren der erfindungsgemäßen Schaltung spielen' eine wichtige Rolle als vorübergehende Speicheranordnungen im Zusammenhang der Wirkungswelse des'Schieberegisters gemäß der Erfindung. Diese in Flg. 1 der Zeichnung gestrichelt dargestellten Eigenkapazitäten sind in der Stufe 1; mit GIl, C12, ClJ und Cl4 bezeichnet. Die Kondensatoren CIl und ClJ stellen die Tor-Plättchen-Eigenkapäzitäten von QlI und ^15 dar. Der Kondensator einstellt die Kapazität zwischen der Quelle- oder Senkeelektrode und der Torelektrode von Q12 und Ql4, in Verbindung mit dem metallischen Verbindunssfilm, welcher diese Torelektroden miteinander und mit der Pl-Sammelleitung verbindet, dar.. Dieser Kondensator erhält vorteilhafterweise einen erhebliahen Wert durch Verwendung eines metallischen Verblndungafilms von verhältnismäßig großer Fläche. Der Kondensator Cl4 stellt die Kapazität zwischen der Quelle- oder Senlceelektrode und den Torelektroden von Qi5 und Q18, in Verbindung mit dem metallischen VerbindungsfilB, weloher diese Torelektroden miteinander und alt der P2-Saeunelleitung verbindet, dar. Äüoh Cl4 wird durch Verwendung eines Verbindungsfilms von verhältnismäßig großer Fläohe ein größerer Wert erteilt. Die Kondensatoren CIl, Ci2, ClJ und C14 werden nachfolgend häufig auoh als erster, zweiter, dritter bzw. vierter Kbndensatcr Tön Stufe 1 beteIchnet.

Die einzelnen Öberflächen-Peldeffekttransistoreh der Schaltung sind vorzugsweise so ausgebildet, daß das Verhältnis von Breite zu Länge ihi-»r Stromkanäle bzw. Strombahrten, d.h. des Bereichs des Transistors zwischen seinen Quelle- und Siiäkelbereichehi etwa 1 beträgt.

il föligendön wird die' Wirkungsweise der Schaltung fees ehr

hachfblgehiie ferläuterüng der wirkungsweise 'd'eis Schiebe-

BADORiGlNAU

registers erfolgt unter Bezugnahme auf die Wellenformdarstellung von Fig. 2 (in welcher Im übrigen die Wellenform idealisiert dargestellt sind), sowie unter Bezugnahme auf die Tabelle der jeweiligen Zustände der einzelnen Schaltbauteile in Fig. 3· Dabei werden die einzelnen aufeinanderfolgenden Zeitintervalle in den Figg. 2 und 3 durch die Zahlen bzw. Ziffern der "Zeit"-Legende dieser Figuren bezeichnet. Jedes derartige Zeitintervall hat jeweils eine Länge gleich einer Halbperiode der beiden Taktgeber- bzw. Zeitgeberimpulsfolgen. Zur Vereinfachung der Erläuterung richtet sich die nachfolgende Diskussion nacheinander auf drei aufeinanderfolgende Perioden: (1) Löschen und Vorbereiten, (2) Fertig und (?) Aktiv.

Während der Periode "Löschen und Vorbereiten" wird jeweils Jede der beiden Zeitgeberinipuls folgen Pl und P2 dem Register Über mehrere Perioden entsprechend der Anzahl von Stufen in dem Register zugeführt. Hierdurch werden Jegliche zufällig in dem Register gespeicherte Ladungen entfernt und gleichzeitig der zweite und der dritte Kondensator jeder Stufe aufgeladen. In den nachfolgend erläuterten Au3führungsbeispiel der Wirkungsweise ist die "Löschen und Vorbereiten"-Periode zwei Perioden lang (von Tl bis T4), da das in Fig. gezeigte Register nur zwei Stufen umfaßt. Da jedoch ein Schieberegister gewöhnlich mehr als zwei Stufen aufweisen wird, dauert die "Löschen und Vorbereiten"-Periode gewöhnlich länger als zwei Perioden. Dies ist in den Figg. 2 und 3 durch die unregelmäßigen Schnittlinien angedeutet, welche das vierte Zeitintervall von den nachfolgenden Zeitintervallen, deren Zählung rait T^qc beginnt, trennen.

Nachdem das Register gelöscht und vorbereitet ist, werden häufig zusätzliche Takt- bzw. Zeitgeberimpulse dem Register zugeführt, ohne daß gleichzeitig Datenimpulse ebenfalls zugeführt werden. Unter diesen Umständen herrscht ein "Fertig"-

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oder Wartezustand, in welchem jeweils der vierte Kondensator Jeder Stufe periodisch auf~ und entladen wird, jedoch ohne daß an einem der Ausgangsanschltisse Sl* S2 upw. Ausgangs- . größen auftreten. Da die "".Fertigt bzw. Warteperlode sich unverändert lediglich wiederholt, wird nur eine Periode ^ ^) - dieser Kategorie erläutert und veranschaulicht.

Es sei für Erlauterungszwecke angenommen, daß es zu einem "Fertig"- bzw. Wartezy KL us kommt und sodarm dem Eingang des Registers, beispielsweise während des Zeitintervalle Ί-ιλ? ein Inforraationsbit-Impuls, welcher eine BinMr~Eina wieder« gibt, zugeführt wird. Dieses Informationsbit wird während der "Aktiv"-Periode in noch zu besehreibender synchroner Weise durch das Register verschoben. -"--..·■

Bezüglich der Wirkungsweise des Registers bestehen zwei Bedingungen bzw. Zustande! (1) Die Eingangstnformation isufl gleichzeitig mit einem Pl-Impuls, d.h. während einer in den Figg. 2 und > ungeradzahlig bezifferten Zeitperiode zugeführt werden, und (2) die Ausgangsgrößen des Registers sind nur w&urend eines Pl-Impulses gültig, d.h. während ungerade zahlig bezifferten Zeitperioden*

In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Betriebsund Arbeitsweise des Schieberegisters gemäß der Erfindung ist Jeweils zu Beginn jedes Absatzes das betreffende Zeltintervall mit Bezifferung angegeben.

Betrisbsperiode "Löschen und Vorbereiten* (Tj bis T^)t

Tß '- (Anfangsbedingungen) « Auf keiner der Takt- bzw. Zeitgebersammelleitungen 8 bzw. 9 wird eine spannung zugeführt, und an dem "XN"-Anschluß, des Registers liegt keine Eingangsspannung an. Falls das Register während einer langen Zeitdauer ^beisplelsweise in der Größenordnung von mehreren Stunden)

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unbenutzt war, 30 sind seine sämtlichen Kondensatoren entladen und an keinem Punkt in dem Register liegt eine Spannuni vor. Falls jedoch das Register kurz zuvor in Betrieb war, können sich die Kondensatoren des Registers in zufälligem Aufladungs- bzw. Entladungszustand befinden. Diese Ladungen werden während des Abschnitts "Löschen und Vorbereiten" gelöscht bzw. aufgefüllt.

T, - Auf der Sammelleitung 8 wird ein negativer Impuls zugeführt; dieser macht die Torelektroden von Q12, Ql 4 und Ql7 negativ, wodurch diese Transistoren leitend werden. Im Quelle-Senke-Kreis von QI7 fließt Strom, wodurch Cl²J- negativ in dem in Fig. 1 angedeuteten Sinne aufgeladen wird.

T₂ - Als nächstes wird ein negativer Impuls auf der Sammelleitung 9 zugeführt; hierdurch werden die Torelektroden von QI6 und QI8 negativ gemacht. Im Quolle-Scnke-Krels von fließt Strom, wodurch G12 negativ in der in Fig. 1 angedeuteten Richtung aufgeladen wird. Gleichzeitig fließt währenddessen die Ladung des Kondensators C]A über die Quelle-Senke-Strecke von QI8, wodurch ein Teil der Aufladung von Cl4 auf C21 übertragen und im Ausgang Sl eine negative Spannung erzeugt wird. Diese Ladungsübertragung wird noch dadurch unterstützt, daß der linke Anschluß von C14 infolge der kapazitiven Kopplung über C14 von dem negativen Puls an der Saannelleitung 9 her negativer Klrd. Zwar ist der Ausgang von Sl nun negativ, was an sich eine Binär-Eins anzeigen würde, jedoch hat diese Ausgangsgröße als ungültig unbeachtet zu bleiben, da eich das Register in seiner "Löschen und Vorbereiten"-Periode befindet.

T, - Nunmehr wird wiederum ein. negativer Impuls auf der Sammelleitung 8 zugeführt, wodurch die Torelektroden von Q12, Ql4 und QI7 negativ gesteuert werden. Die in C12 gespeicherte Ladung wird über die Quelle-Senke-Strecke von Q14

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auf Cl> übertragen. Durch diese Ladungsübertragung wird die obere Elektrode von Cl^, wie in Pig. I angedeutet, gegenüber der unteren Elektrode von Cl^ negativ vorgespannt. Da die negative obere Elektrode von Cl^ mit der Steuerelektrode von QI5 verbunden ist, wird QI5 leitend. Außerdem fließt von der Sammelleitung 8 über die Quelle-Senke-Strecke von Q17 Strom zur Auffüllung desjenigen Teils der Aufladung von C14, der während des Zeitintervalle Tg von Cl4 auf C21 übertragen wurde. Die AuagangsiclenBBe Sl bleibt negativ.

Th * Nunmehr wird wiederum ein negativer Impuls auf der Sammelleitung 9 zugeführt, wodurch die Torelektroden von Q13, Qi 6 und QI8 negativ werden» Dies hat einen StromfluÄ von der Sammelleitung 9 durch QIjJ aur Auffüllung der während des Zeitintervalls T, von Cl2 auf ei} übertragenen Ladung zur Folge. Außerdem wird die Aufladung von C14 über die in Reihe geschaltetenQuelle-Senke-Strecken von QI6 und QI5 an Erde abge3.eiteti Auen die Auf ladung von C21 wird über die in Reihe liegenden Quelle-Senke°Strecken von Ql8> QI6 und Ql5 an Erde abgeleitet, derart, ·> daß das Potential an der Ausgangsklemma Sl wieder ajxf Erdpotential, d.h. in seinen normalen Null-Zuatand zurückkehrt.

Wie oben bereits erwähnt, umfaßt die Betriebsperiode "Löschen und Vorbereiten" doppelt so viele Zeitintervalle (oder die gleiche Anzähl von Impulsperloden) Als Stufen in de» Register vorhanden sind. Falls das Register '^ispielsweise 100 Stufen umfaßt, würde die Betriebsperiode "Löschen und Vorbereiten" 200 Zeitintervalle andauern. Am Ende der Betriebsperiode "Löschen und Vorbereiten" sind jeweils der zweite und dritte Kondensator jeder Stufe (d.h. C12, CI3, C22 und C2j5) aufgeladen, während jeweils der erste und der vierte Kondensator jeder Stufe (d.h. ClI, Cl4, C21 und C24 entladen sindj dae

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Register ist für den eigentlichen aktiven Betrieb vorbereitet.

Betriebsperiode "Fertig" (T_1Q5 -

- Auf der Sammelleitung 8 wird ein negativer Impuls zugeführt, wodurch die Torelektroden von Q12, Ql4 und Q17 negativ gesteuert werden. Der Kondensator C14 lädt sich wahrend dieses Intervalls über die Qttffille-Senke-Streeke von QI7 auf. Der Kondensator C21 bleibt ungeladen.

T._og - Auf der Sammelleitung 9 wird ein negativer Impuls zugeführt, wodurch die Torelektroden von Q.13., Ql6 und QI8 negativ gesteuert werden. Da an den Torelektroden von Q15 QI6 durch die Aufladung des Kondensators CI3 'And durch den negativen Impuls auf der Sammelleitung 9'negative Spannungen anliegen., sind diese Transistoren leitend, derart, daß Cl4 sich über QI6 und QI5 entlädt. Während des Zeitintervalls T_log tritt an Sl infolge der Ableitung der Ladung von Cl4 Über den leitenden QI8 eine vorübergehende negative Sprungapannung auf, die jedoch vor dem Ende des Zeitintervalls T,_og abgeklungen ist und keine Auswirkung auf die Stufe 2 hat.

Man erkennt, daß während der Betriebsperiode "Fertig" der Kondensator Cl4, sowie der entsprechende Kondensator in allen Übrigen Stufen, wie beispielsweice C24, Jeweils während jedem ungeradzahligen Zeitintervall (d.h. wenn also ein Impul« der Impulsfolge Pl zugeführt wird) aufgeladen und während jedes geradzahligen Zeitintervalle (d.h. wenn also die Impulsfolge P2 einen Ijjpule zuführt) entladen wird.

Betriebsperiodo "Aktiv" (T₁₀₇ und folgende):

^T107 " **^{τ t}?^orelekti:'^{ode von} ^^{11 wird die} Eingangsgröße "EINS"

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zugeführt, In Fig. 2 an der Wellenform ^MIN" durch einen negativen Impuls, wiedergegeben; hierdurch wird CIl geladen und QIl in den leitenden Zustand gebracht. Gleichzeitig wird auf der Sammelleitung 8 ein negativer Impuls zügeführt, wodurch Q12, Q14 und QlT leitend gesteuert xverden. Da QIl und Q12 beide leiten, fließt die Ladung des Kondensators ,C12 über die in Reihe liegenden Quelle-Senke-Strecken von QIl.und Q12 an Masse ab, während die Ladung von ClJ über die iti Reihe liegenden Quelle-Senke-Strecken von QU, Q12 und Ql¹J- an Masse abfließt. Nach dem AbfLuß der Aufladung des Kondensators Cl? wird Q15 gesperrt. Der Kondensator Cl4 wird über Ql? mit der in Pig. I, gezeigten Polarität aufgeladen.

^T108 " ^Die El^»*¹®³¹¹¹¹⁰®⁰¹⁶ "^IN" (Fig. 1) tAvmi wieder Maesepofcential an, wodurch QP gesperrt wird« Auf der Sammelleitung 9 wird ein negativer Impuls zugeführt, wodurch Ql5, Ql6 uod Ql8 leitend gesteuert werden. Der KoadQos&tor 012 lädt eioh dann über QI3 mit der in Fig. 1 geseigten Polarität auf. Gleichzeitig wird eia Teil <ser Aufladung voa C14 über QI8 auf C21 übertragen^ derart, daS aii der Klemme Sl eine negative Äusgangsspannung auftritt. Biese Ausgangsspanoung stellt aieht die wahre verzögert© Version der Eingangsgröße "SIHS" dar, da, wie oben erwähnt, die an der Ausgangsklemaa© auftretenden Spannungen die Elngangsspannungen nur dann wiedergeben, wenn auf der Sammelleitung8 gleichzeitig ein negativer Impuls des Impulszugs Pl zugeführt wird, d.h. 'während der ungeradzahligen Zeitintervalle.

T₁₀Q - Auf der Saaaaelleitung 8 wird ©in negativer lapuls zugeführt, woduroh Q12, Q14 und Ql? leitend werfMtu Als Folge wird ein Teil der. Auf ladung von C12 über QJA auf 013 übertragea_; und Cl4 wird über Ql? wi«der aufgeladen. Die aunmehr gültige Ausgangsgröße Sl bleibt negativ; sie gibt den an der klemm® "IN" während T₁₀« zugeführten Binär-Bins-EihgängsiiapHils

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mit einer Zeitverzögerung von einem Bit wieder.

T₁₁₀ - Auf. der Sammelleitung 9 wird ein negativer Impuls zugeführt, wodurch QI3, QI6 und QI8 leitend gesteuert werden. Die Aufladung von C12, die teilweise auf CI3 übertragen worden war, wird über QI3 wieder aufgefüllt, derart, da£ C12 wieder voll aufgeladen 1st, Die Aufladungen von Cl4 und C21 werden über QI5* QI6 und QI8 an Masse abgeleitet und hierdurch das Ausgangssignal bei 31 beendet. Jedoch tritt während dieser Periode infolge der Wirkungsweise von Stufe 2 ein Ausgangesignal bei S2 auf. Die Wirkungsweise der Stufe 2 1st genau die gleiche wie die von Stufe 1, mit dem Unterschied, daß sie um zwei Zeitintervalle versetzt ist. Das A,usgangs8lgnal bei 32 wird Jedoch erst während T₁₁₁* d.h. dem nächsten ungeradzahligen Zeitintervall, gültig.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sioh, daß das Schieberegister gemäß der Erfindutig keinerlei öleiohetrom-Vorspannungsquelle benötigt. Stattdessen werden nur 2wei Quellen für phasenversohobene Antriebs-Zeitgeberimpulse benötigt. Zwischen den benachbarten Takt- bzw. Zeitgeberimpulsen in den beiden getrennten Impulsfolgen braucht keinerlei Verzögerung vorgesehen zu sein. Das Register kann mit einer Geschwindigkeit von bis zu 20 mHz arbeiten, wenngleich seine Arbeitsgeschwindigkeit derzeit wegen Beschränkungen der derzeit verfügbaren Ausgangsstufen auf 10 mHz begrenzt ist. Das erfindungsgemäße Schieberegister benötigt nur verhältnismäßig kleine Amplituden für die Zeitgeberimpulse, beispielsweise von etwa -15 V bis etwa -20 V. Das Register läßt sich in einfacher Weise in integrierter Schaltungsfcechnik (IC-Form) bauen, da es im wesentlichen nur Oberflächen-Feldeffekttransistoren und Leitungsverbiridungen zwischen diesen benötigt.

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Als Kondensatoren können die Eigen-Torkapazitäten der Transistoren und die Leitungskapazitäten der Schaltung dienen. Die Anordnung hat einen sehr niedrigen Leistungsverbraueh; der Leistungsverbrauch liegt in der Größenordnung von 55 Mikrowatt pro - MHz,-Impuls f olgef requenz.

Es sei betont, daß der Ausdruck "Kondensator" sowohl einen äußeren Kondensator als auch einen durch die Eigenkapazitäten der Torelektroden und der Leitungen der Sohaltiing gebildeten Kondensator, oder* schließlich eine Kombination von äußeren Kondensatoren und Eigenkapazitäten der Schaltung umfaßt-·

Wahlweise läßt sich die Arbeitsgeschwindigkeit des Regiaters noch weiter erhöhen, indem man jeweils mit Jeder Stufe nooh zwei zusätzliche Oberflächen-Feldeffekttransistoren verbindet. Fig. 4 zeigt die Anordnung eines derartigen zusätzlichen Transistors Q15A in der Verbindung von der ersten zur zweiten Hälfte der Stufe 1. Die Queileelektröde des zusätzlichen Transistors Q15. A ist mit der Torelektrode ▼on Q15 verbunden, während die Senkeelektrode von QI5A mit der Senkeelektrode von QIl verbunden ist; die Torelektrode von Q15A ist mit der Sammelleitung 8 und mit der Torelektrode ▼on Ql4 verbunden. Infolge dieser Leitüngsanschlüsse wird der zusätzliche Transistor Q15A während der ungeradzahligen Zeitintervalle an seiner Quelle-Senke-Strecke leitend, wenn die Impulse der ?1-Impulsfolge negativ sind. Bei dieser Schaltung kann sich CI3 über die in Reihe liegenden Quelle· Sönk**3fcrecfcen von Q15A und QIl an Masse entladen, ohne zunächst die Entladung von C12 über die Quelle-Senke-Strecken von Q12 und QIl abwarten zu müssen. Tatsächlioh braucht bei Einbeziehung eines derartigen zusätzlichen Transistors yC12 überhaupt nicht mehr entladen zu werden.

Di« ZUifrch&itung eines dem Transistor Q15A entsprechenden zweiten zusätzlichen Transistors in der Verbindung'von der

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zweiten Hälfte jeder Stufe zur ersten Hälfte jeder nachfolgenden Stufe kann - unter Heranziehung der Verbindung der Stufen 1 und 2 als Erläuterungsbeispiel - in der Weise erfolgen, daß man die Torelektrode des zweiten zusätzlichen Transistors mit der Torelektrode von Ql8 und der PS-Sammelleitung verbindet, die Quelleelektrode des zweiten zusätzlichen Traneistors mit der Torelektrode von Q21, und die Senkeelektrode des zweiten zusätzlichen Transistors mit der Senkelektrode von QI5.

Diese Verwendung von zwei zusätzlichen Transistoren nach Art des Transistors Q15A in Jeder Stufe stellt eine weitere Verbesserung dar, die für den Grundgedanken, der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich ist.

- Patentansprüche -

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Dynamisches Schieberegister, dadurch g © k e η η ζ e i c h η et, daß es folgende Teile umfaßt:

   (a) eine erste Zeitgeberimpulsquelle (8);

   (b) eine zweite Zeitgeberimpulequelle (9) zur Erzeugung von Zeitgeberimpulsen mit einer von den Zeitgeberimpulaen der ersten Quelle verschiedenen Phase;

   (o) mehrere i|iiKaskade geschaltete Stufen (Stufe 1, Stufe 2 in Fig. T),"deren jede Jeweils mit den Ausgängen (8, 9) der beideri^Zeitgeberimpulsquellen verbunden ist, eine Eingangsklemme (IN) und eine Ausgangsklerame (Sl> S2 .··♦) sowie folgende Schaltmitte] aufweist:*

   (1) erste Schaltmittel (Q17, C14) zur Speicherung einer Ladung bei jedem von der ersten Impulsquelle (8) zugeführten Impuls;

   (2) zweite Schaltmittel (Q13, C12) zur Speicherung einer Ladung bei jedem von der zweiten Impulsquelle (9) zügeführten Impuls;

   (5) dritte Schaltmittel (Ql4, Q15, Ql6, Cl^), denen (a) bei Zufuhr eines Impulses aus der ersten Impulsquelle (8) ein Teil der in den zweiten Senaltmitteln (C12) gespeicherten Ladung zur Speicherung zugeführt wird, wobei (b) diese gespeicherte Ladung bei Zufuhr eines Impulses aus der ersten Impulsquelle f8) und gleichzeitiger Erregung der Eing&ngsklemme (IN) der betreffenden Stufe entladen wird;

   (4) vierte Schaltmittel (QIl, Q12, CIl) zur Entladung der in den zweiten Schaltraitteln (G12) geapeiehernen Ladung bei Zufuhr eines ImpulseB aus der ersten Impulsquelle (8) und gleichzeitigem Vorhandensein einer gespeicherten Ladung in den dritten Schaltmitteln ()

   (5) fünfte Schaltraittel (Ql8), die auf einen Impuls aus der zweiten Impulsquelle (9) ansprechen und einen Leitungspfad für die in den ersten Sohaltmitteln (C 14) gespeicherte Ladung zur Ausgangsklemme (Sl) herstellen« · -

   2· Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten Schaltulttel jeweils einen Kondensator (C14bzw. C12) und einen Oberfläohen-FeIdBffekttransistor (Ql? bzw. Q13) aufweiaen, dessen Quelle-

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   BADORlGtNAL

   Senke-Strecke zwischen jeweils einer der beiden Inpulaquellen (8 bzw. 9) und dem zugeordneten Kondensator (ClA bzw. C12) liegen.

   3« Schieberegister nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, daß die dritten Schaltmifctel drei Oberflächenfeldeffekttransistoren (Ql4, Q.15, Ql6) und einen Kondensator (C1J5) aufweisen, wobei die Quelle-Senkestrecke des «rsten (Q14) dieser Transistoren zwischen den zweiten Speleherschaltmittein (C12) und einem Anschluß des Kondensators (Cl^) liegt und die Quelle-Senke-Stracken des zweiten (Q15) und dritten (Ql6) Transistors dieser dritten Sohaltraittel in Reihe zwischen den ersten Speicherschaltmitteln (Cl4) und einem den beiden Zeitgeberimpulsquellen (8, 9) gemeinsamen Anschluß (7, Masse) liegen, und wobei die Torelektrode dea zweiten (Q15) Transistors mit dem «inen Anschluß des zugehörigen Kondensators (C12) verbunden ist.

   4» Schieberegister nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß di· fünften Sohaltmittel einen Oberflächen-Feldeffekttransistor (Ql8) aufweisen, dessen Quelle-Senke-Strecke zwischen den dritten Schaltaitteln (Ql^ bis Q16) und der Auagangsklerane (Sl) liegt und dessen Torelektrode mit der zweiten Zeitgeberimpulsquelle (9) verbunden ist.

   5. Schieberegister nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, da3 die vierten Schalttaittel einen sechsten und einen siebenten Obsrflächenfeldeffekttransistor (QIl, Q12) und einen vierten Kondensator (CIl) aufweisen, wobei die Quelle-Senke-»Strecken des sechsten und siebenten Transistors (QIl, Q12) in Reihe zwischen dem einen Anschluß des zweiten Kondensators (C12) und dfein den beiden Zeitgeberimpulsquellen (δ, 9) gemeinsamen Anschluß (7, Masse) liegen und ein Anschluß des vierten Kon-

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   densators (CU) mit der Torelektrode des sechsten, Transistors (QIl) und der Eingang3lclemme (IN) verbunden ißt.

   6. Dynamisches Schieberegister nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η z. e i c h -η et, daß es folgende Schaltmittel aufweise:

   (a) mehrere in Kaskade geschaltete Stufen (Stufe I, Stufe 2 .."., Flg. 1), deren jede eine Elhgangsklemie (XN), eine Ausgaiigftkfearae (Sl, 32 ...) und einen auf Besugspotentlal liegenden Anschluß (7, Masse) aufweist;

   (b) ein· Eingangeklemm· (IH) zur Zufuhr Von in Impulsfora kodierter Information an dl· erst· fltuf·, sowie Zuleitungen (8, 9) zur Zufuhr von gegeneinander In der Phase τ·γ-sohobenen ersten und zweiten taktgeber- bzw. Zeitgeber* Impulsen (Pl, P2) zu jeder stufe;

   (c) jeweils in jeder Halbstufe einen ersten (QIlX einen zweiten (Q12), einen dritten (QI3) und einen vierten (Ql4) Oberflächen-Feldeffekttransistor, wobei dl« Quelle-Senke-Strecken der ersten drei Transistoren (QlI - QI3) der ersten Halbstufe jeweils in Reihe zwischen dem auf Bezugspotential liegenden Anschluß (7, Nasse) und der Zuführleitung (9) für die zweite Zeitgeberimpulefolg* (P2) liegen, die Queile-Senke-Strecken der drei ersten Transistoren (Q15 - QlT) der zweiten Halbstufe in Reihe atwieohen dem auf Bezugspotential liegenden Punkt (7* Hasse) und der Zufuhrleitung (9) für die erste Zeitgeberimpulsfolge (Pl) liegen, die Quelle-Senke-Strecke des vierten Transistors (Ql^) der erstenHalbstuf· zwischen - vde^itcQuelleelektrode des dritten Transistors (QlJ) der , ^ersten Halbstufe und der Steuerelektrode des ersten Transistors3(Q15) der zweiten Halbatufe liegt und wobei

   r : die Quelle-Senke-fStrecke des vierten Transistors (QI8)

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   der zweiten Halbsfcufe zwischen der Quelle-Kiektrode des dritten Transistors (QIf) der zweiten Halbstufe und dem Ausgangsanschluß (Sl, S2 ...) der betreffenden Stufe liegt;

   (d) Zuleitungen zur Zufuhr der ersten Zeltgeberimpulsfolge (Pl) zu den Torelektroden des Jeweils zweiten (Q12) und vierten (Ql4) Transistors der jeweils ersten Halb3tufe und zur Torelektrode des dritten Transistors (Q17) der Jeweils zweiten Halbstufej

   (β) Zuleitungen zur Zufuhr der zweiten Zeitgeberimpulsfolge (P2) zu den Torelektroden des jeweils zweiten (Ql6 und vierten (Q18) Transistors der jeweils zweiten Halbstufe sowie zur Torelektrode des dritten Transistors (13) der ersten Halbstufe;

   (f) Kapazitäten (CIl; Cl?) zwischen der Torelektrode des ersten Transistors (QIl; Q15) Jeder Halbstufe und de» auf Bezugspotential liegenden Punkt (7, Masse), sowie

   (g) Kapazitäten (C12; Cl4) zwischen der Quelleelektrode des dritten Transistors (Qlj5i Q17) Jeder Halbstufe und einen weiteren Sohaltungspunkt der betreffenden Stufe.

   7. Schieberegister nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten (f) jeweils durch die Eigenkapazität (CIl; C13) der Steuerelektrode des Jeweils ersten Transistors (QIl; Q15) jeder Halbetufe gebildet werden.

   8. Sehleberegister nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode der Kapazität (g), (C12; Cl4) von der Verbindungsleitung zwischen der Quelleelek'trode des jeweils dritten Transistors (Q13; Q17) und einer

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   Elektrode des ,jeweils yierten Transistors ("QlH\ QlS) Jedes? Halbstufe gebildet'wird.

   Schieberegister nach-den Ansprüchen 6 bis 8> ^äfi*Jureh^;' ge «■ ■ k e ri η ζ e i c h η e t >■ daß der andere Anschluß der Kapazität ■ (g> ei 2? 01^)'von-dem gemeinsasian KsGtertpankt der Torelöktroäeri des jeweils zweiten -und vierten Trans is toys (Q12,:Q14j ^l6₅ QlS) Jeder Halbstufe -aod de?- $örelek*röde · des dritten fransistors. C;Qi7) der zweit^ii Halbstufe, gebildet wird. '..-■■■ ."./. - "-■-■ · ' .- ;' V'

   10. SeMöbersgistsf nach eine® -oder mehre^sn der Änspar-üehe 6

   9ä> dadurcih "g-"e fc © s "π-g s t eh net¹ _s ~ daS aur weiteren rbeitsgeBQ&windlsksit <t©s Hegisters - jed© Stafs erstes zus^fcallches ObeyilHoheri^Veldsffekt« (Q15Ä, FIs* %·) aufweist, dessea Quelle-Senke-Streek® EWisöSi©o der "Seök®"el©ktrOde ä©s ©rstsn Transistors C Ql l)d*t*\ersten ""Halbstufe-land d©? Torelektrode d#-s ersten TraöSistore (Q15) der zweiten Halbstufe liegt und dassen forelektrbd© mit d©r Zuleitung (B)" für» <Üö" erst© 2eifcgeb©r-° lapale_:fölg6 '(Pi) verbunden ist, und ά&Β jede Stuf© des weiteren «inen «weiten üusätalicben Qfeerfläc&anfeldeffekttransistor aufweist» dessen Quelle-Senke-strecke zwiseheti der Senkeelektrode d«B ersten Transistors (qi5) ^©ä· *w«it*s Halbetufe und der Steuerei@ktrdde des ersten tranalstore (QSlIs FIg» I) der ttftehstföigenden Stufe liegt und dessen; Torelektrode Mi tr der .Zuleitung |9) füi» 'die 'swvite- SSeitgetoes>« laspulefol'ge. (P2)■ vsrbüaösii ist« " ." " ., \ '. ' . ■

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