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Basisekopelte~Flflos (Zusatz zur VPA 74/6726 - Akt.Zch.: P 24 51 579.5)
Die Hauptanmeldung betrifft eine Logikschaltung mit einem, zwei Verstärkerstufen
mit jeweils einem npn-Transistor enthaltenden Differenzverstärker, bei der die Basisanschlüsse
der beiden Transistoren miteinander und über einen Widerstand mit Masse verbunden
sind, bei der der Emitteranschluß des Transistors der ersten Verstärkerstufe unmittelbar
an den Signaleingang und über einen Widerstand an die erste Betriebsspannung und
der Emittranschlluß des Transistors der zweiten Verstärkerstufe unmittelbar an eine
zweite Betriebsspannung angeschlossen sind und die zweite Betriebsspannung so gewährt
ist, daß bei fehlendem Eingangs signal der zweite Transistor gesperrt ist und der
Signalausgang mit dem Kollektoranschluß eines der beiden Transistoren verbunden
ist und bei der als Transistor in der ersten Verstärkerstufe ein Multiemittertransis-tor
mit wenigstens zwei getrennt herausgeführten EmitteranschEilsssen vorgesehen ist
und jeder Emi.tteranschluß getrennt über je einen Widerstand mit der ersten Betriebsspannung
verbunden ist.
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Die ogikschaltungen nach dem Hauptpatent gestatten in sehr einfacher
Weise die Realisierung einer AND-, einer Exclusiv-OR-Verknüpfung und weitere Verknüpfungen,
die sich in besonders günstiger Weise für hohe Frequenzen und für geringe Impulsverzögerungen,
die beispielsweise im Subnanosekundenbew reich liegen können, eignen.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von dem älteren Vorschlag
nach dem Hauptpatent die Aufgabe gestellt, weitere Logikschaltungen in Form von
Flipflops zu finden, die möglichst einfach aufgebaut sind und sich ebenfalls für
sehr hohe Frequenzen eignen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein dritter npn-Transistor
vorgesehen ist, dessen Kollektoranschluß mit Masse, dessen Basisanschluß mit dem
Kollektoranschluß des Multiemittertransistors und dessen Emitteranschluß mit einem
der beiden Emitteranschlüsse des Multiemittertransistors der ersten Verstärkerstufe
verbunden sind und daß die Kollektor-Basis-Gleichstromverstärkung des Multiemittertransistors
der ersten Verstärkerstufe geringer als die des Transistors der zweiten Verstärkerstufe
ist. Diese Schaltungsanordnung nach der Erfindung stellt die Grundschaltung eines
Flipflops dar, durch Zuschalten von Emitterfolgern lassen sich Flipflops für spezielle
Zwecke realisieren.
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Die Flipflop-Schaltungen nach der Erfindung weisen auf Grund ihres
sehr einfachen Aufbaus eine besonders vorteilhafte geringe Leistungsaufnahme bei
hohen Frequenzen auf, die geringer als die vergleichbarer Flipflops auf ECL-Grundlage
ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Flipflop-Schaltungen nach der Erfindung
besteht darin, daß diese trotz ihres einfachen Aufbaus keine direkte Verbindung
zwischen Signaleingang und Signal ausgang aufweisen und dadurch schädliche Rückazirkungen
auf die im Signalweg davor liegenden Schaltungsanordnungen vermieden werden können.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Flipflop-Schaltungen nach
der Erfindung ist die Kollektor-Basis-Gleichstromverstärkung des Multiemittertransistors
der ersten Verstärkerstufe etwa halb so groß wie die des Transistors der zweiten
Verstärkerstufe.
Dadurch wird sichergestellt, daß die beiden Transistoren
gleichmäßig bis in den Sperrbereich ausgesteuert werden und sich so keine Verfålschung
des Ausgangspegels ergibt.
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Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Flipflop schaltung zur Realisierung
eines Rücksetz- Setz-Speicher-Flipflops, das im folgenden kurz als RS-Flipflop bezeichnet
werden soll, ergibt sich dadurch, daß ein vierter npn-Transistor vorgesehen ist,
dessen Kollektoranschluß mit Masse, dessen Basisanschluß mit dem Setz-Eingang und
dessen Emitteranschluß mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Emitteranschluß des
dritten npn-Transistors und dem einen Emitteranschluß des Multiemittertransistors
verbunden ist und daß ein fünfter npn-Transistor vorgesehen ist, dessen Kollektoranschluß
mit Masse, dessen Basisanschluß mit dem inversen Rücksetzeingang und dessen Emitteranschluß
mit dem anderen Emitteranschluß des Multiemittertransistors verbunden ist.
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Dieses erfindungsgemäße RS-Flipflop weist den besonderen Vorteil auf,
daß seine Ausgangssignale bei beliebig nacheinander und miteinander eintreffenden
Steuersignalen stets definiert sind, da bei gleichzeitiger Ansteuerung am Setzeingang
und am Rücksetzeingang die am Rücksetzeingang eintreffenden Signale gegenüber den
Setzsignalen den Vorrang haben. Durch die Entkopplung des inversen Ausgangsanschlussen
Q vom Rückkopplungsanschluß, der im vorliegenden Falle durch den Basisanschluß des
dritten npn-Transistors T3 gebildet wird, ergibt sich außerdem am inversen AusgangsanschluB
Q eine besonders exakte Kurvenform des Ausgangssignals.
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Eine zusätzliche Weiterbildung der erfindungsgemäßen Flipflopschaltung
zur Realisierung eines Daten-Auffang-Flipflops, das im folgenden kurz als D-Flipflop
bezeichnet werden soll, ergibt
sich dadurch, daß ein vierter npn-Transistor
vorgesehen ist, dessen Kollektoranschluß mit Masse, dessen Basisanschluß mit dem
Takteingang und dessen Emitteranschluß mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Emitteranschluß
des zusätzlichen Transistors und dem einen Emitteranschluß des Multiemittertransistors
verbunden ist, daß ein fünfter und ein sechster npn-Transistor vorgesehen sind,
deren Kollektoranschlüsse miteinander und mit Masse und deren Emitteranschlüsse
miteinander und mit dem anderen Emitteranschluß des Multiemittertransistors verbunden
sind und bei denen der Basisanschluß des fünften Transistors mit dem Eingang für
das inverse Taktsignal verbunden ist und der Basisanschluß des sechsten Transistors
den Datenanschluß darstellt.
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Bei diesem erfindungsgemäßen D-Flipflop wird der vorteilhaft einfache
Aufbau gegenüber den bekannten, in der Regel recht kompliziert aufgebauten D-Flipflops
besonders deutlich.
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Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll
die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.
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Dabei zeigt Fig. 1 ein erfindungsgemäßes RS-Flipflop und Fig. 2 ein
erfindungsgemäßes D-Flipflop.
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Das in der Figur 1 dargestellte RS-Flipflop dient im wesentw lichen
als Speicher für kurzzeitig angebotene Informationen.
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Ein RS-Flipflop kann bekanntlich aus zwei über Kreuz gekoppelten NOR-
bzw. NAND-Verknüpfungsgliedern zusammengesetzt werden.
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Es besitzt einen ersten, sogenannten Setzeingang S und einen zweiten
sogenannten Rücksetzeingang R, der im vorliegenden Falle als Eingang R zur Aufnahme
des inversen Rücksetzsignals
ausgebildet ist; im vorliegenden Falle
wird also nicht mit einer logischen "1 n sondern mit einer logischen "O" zurückgesetzt.
Das erfindungsgemäße RS-Flipflop nach der Figur 1 wird durch den ersten kurzzeitigen
Impuls mit dem Wert logischtw1ll,der am Setzeingang anliegt, gesetzt, so daß sein
Ausgang Q den Wert logisch "1" annimmt. Dieser Zustand am Ausgang Q wird auch bei
weiteren Impulsen am Setzeingang so lange beibehalten, also gespeichert,- bis der
erste RUcksetzimpuls mit dem Wert logisch !?0kl am Rücksetzeingang R das Flipflop
zurückstellt. Nach dem Rückstellen hat der Ausgang Q des erfindungsgemäßen RS-Flipflops
den Wert logisch "0", Erst ein weiterer, auf einen Rücksetzimpuls folgender Setzimpuls
kann den logischen Zustand des RS-FlipClops erneut ändern. Das erfindungsgemäße
RS-Flipflop verhält sich also wie ein allgemein bekanntes RS-Flipflop.
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Die in der Figur 1 dargestellte Schaltung des erfindungsgemäßen RS-Flipflops
geht von der bekannten Schaltungsanordnung-nach dem Hauptpatent aus. An die aus
den beiden basisgekoppelten npn-Transistoren Tl und T2 und den Widerständen RO,
Ruft, R2, R3 und R4 bestehende Differenzverstärkeranordnung ist ein weiterer als
Rückkopplungstransistor wirkender npn-Transistor T3 angeschlossen, dessen Basisanschluß
mit dem Kollektoranschluß des Multiemittertransistors T1, dessen Kollektoranschluß
mit Masse und dessen Emitteranschluß mit einem der beiden Emitteranschlüsse des
Multiemittertransistors T1 verbunden ist.
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Weiterhin sind zwei als Emitterfolger geschaltete npn-Transistoren
T4 und T5 vorgesehen, deren Kollektoranschlüsse jeweils mit Masse verbunden sind.
Der Emitteranschluß des ersten Emitterfolgers T4 ist mit dem Verbindungspunkt Pl
zwischen dem Emitteranschluß des Rückkopplungstransistors T3 und dem ersten Emitteranschluß
des Multiemittertransistors T1 verbunden. Der Eingang dieses Emitterfolgers ist
gleichzeitig der Setzeingang S des erfindungsgemäßen RS-Flipflops.
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Der Emitteranschluß des weiteren Emitterfolgers T5 ist mit dem anderen
Emitteranschluß des Multiemittertransistors T1 verbunden. Der Basisanschluß dieses
Emitterfolgers ist gleichzeitig der Eingang R für die inversen Rücksetzimpulse.
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Für die Transistoren wurden im vorliegenden Falle npn-Mikrowellentransistoren
des Typs BFR 35A verwendet. Die Widerstände wurden als sogenannte Chipwiderstände
auf einer Epoxid harz-Glasfaserplatte aufgebaut, wobei der Widerstand RO den Wert
von 1,8 kOhm, die Widerstände R1 und R2 einen Wert von je 50 Ohm und die Widerstände
R3 und R4 einen Wert von je 100 Ohm aufweisen. Die Betriebsspannung -UB1 hat im
vorliegenden Falle den Wert von -2,8 V, die Betriebsspannung -UB2 mit einem Wert
von -1,25 V wurde in der schon im Hauptpatent beschriebenen Art und Weise mittels
eines Spannungsteilers und nachgeschalteten Emitterfolgers aus der Betriebsspannung
-UB1 erzeugt.
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Eine Erprobung ergab, daß ein derartiges erfindungsgemäßes RS-Flipflop
seinen logischen Zustand in wenigen 100 Picosekunden ändern kann. Die Transistoren
T1 und T2 wurden so ausgesucht, daß die Kollektor-Basis Gleichstromverstärkung des
Multiemittertransistors T1 der ersten Verstärkerstufe etwa halb so groß wie die
des Transistors T2 der zweiten Verstärkerstufe war.
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Ein derartiges erfindungsgemäßes RS-Flipflop wurde als Impulsformer
bei unterschiedlich hohen Impulsfolgefrequenzen einige setzt, wobei sich noch im
Subnanosekundenbereich eine exakte Setz- und Rücksetzfunktion ergab. Die Ansteuerung
erfolgte in diesem Falle über unterschiedlich lange Leitungen mit komplementären
Signalen, so daß auf einfache Weise kurze Impulse mit sehr konstanter Dauer erzeugt
werden können.
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Das in der Figur 2 dargestellte D-Flipflop dient vorwiegend zum Ausgleich
von Laufzeituntersc-hieden, die zwischen miteinander zu verknüpfenden Signalen auftreten.
Der Ausgleich der
Laufzeitunterschiede geschieht dabei mit Hilfe
synchronisierender Taktimpulse,bis zu deren Auftreten das eingegebene Signal in
dem D-Flipflop-gespeichert bleibt.
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Das in der Figur 2 dargestellte D-Flipflop ist analog dem in der Figur
1 dargestellten RS-Flipflop aufgebaut und besteht ebenfalls aus einer Flipflop-Grundschaltung
und vorgeschalteten Emitterfolgern, Die Flipflopgrundschaltung gleicht der des RS-Flipflops.
Sie besteht aus dem npn-Multiemittertransistor T6, den npn-Transistoren T7 und T8,
sowie den Widerständen R5 bis R9. Der Wert des Widerstandes R5 beträgt 1,8 kOhm,
die Werte der Widerstände R6 und R7 betragen 50 Ohm und die der Widerstände R8 und
R9 betragen 100 Ohm An dem Verbindungspunkt P2 zwischen dem Emitteranschluß des
Rückkopplungstransistors T8 und dem einen Emitteranschluß des Multiemittertransistors
T6 ist der Emitteranschluß eines als Emitterfolgers wirkenden npn-Transistors T9
angeschlossen, dessen Kollektoranschluß mit Masse verbunden ist und dessen Emitteranschluß
den Takteingang C des D-Flipflops darstellt.
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Das erfindungsgemäße D-Flipflop enthält zwei weitere Emitterfolger,
deren Kollektoren miteinander und mit Masse verbunden sind und deren Emitter ebenfalls
miteinander verbunden sind und an den anderen Emitteranschluß des Multiemittertransistors
T6 angeschlossen sind. Der Basisanschluß des einen Emitterfolgers T10 bildet dabei
den Anschluß C für das inverse Taktsignal, während der Basisanschluß des anderen
Emitterfolgers den Dateneingang D darstellt.
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Die Betriebsspannungen entsprechen denen der Fig. 1, die Betriebsspannung
-UB1 hat einen Wert von -2,8 V und die Betrzebsspannung -UB2 eine-n Wert von -1,25
V, wobei die Betriebsspannung -UB2 in der gleichen Weise wie bei dem RS-Flipflop
nach der Fig. 1 aus der Betriebsspannung -UB1 erzeugt wurde.
Als
Transistoren wurden ebenfalls Mikrowellentransistoren des Typs BFR 35A verwendet,
wobei der Multiemittertransistor T6 aus zwei Mikrowellentransistoren des obengenannten
Typs aufgebaut wurde.
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Das erfindungsgemäße D-Flipflop entspricht in seiner Funktion den
bekannten D-Flipflops.
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Eine spezielle Anwendung des erfindungsgemäßen D-Flipflops betrifft
ein sogenanntes T-Flipflop, das durch Einfügen einer zusätzlichen verzögernd wirKenden
Verbindung vom inversen Ausgang Q auf den Dateneingang D entsteht. Die Verzögerung
der vom inversen Ausgang Q auf den Dateneingang D rUckgekoppelten Signals ist dabei
so groß, daß das rUckgekoppelte Signal erst nach Beendigung der vorher wirkenden
Taktimpulse am Dateneingang D wirksam wird. Derartige T-Flipflops werden vorteilhaft
beim Aufbau von Binärzählern für sehr hohe Frequenzen angewendet.
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4 Patentansprüche 2 Figuren