DE2419040A1 - Regenerier- und bewerterschaltung nach art eines getasteten flipflops - Google Patents

Description

• Regenerier- und Bewerterschaltung nach Art eines getasteten Flipflops.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Regenerierschaltung nach d Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Regenerierschaltungen die aus einem Flipflop mit Quertransistor bestehen sind bekannt. In der DOS 2 148 896 (unser Zeichen VPA 71/7126) ist eine solche Regenerierschaltung beschrieben.
• Im wesentlichen besteht eine solche Regenerierschaltung aus zwei Schalttransistoren und zwei Lastwiderständen. Die Lastwiderstände sind dabei vorzugsweise als Feldeffekt-Transistoren ausgebildet. Jeweils ein Knden des FljPfl0D5 ist mit jeweils einer Bitleitung verbunden. Über diese Bitleitungen werden die liesesignale der Regenerierschaltung zugeführt Zwischen den Knoten des Flipflops ist ein Quertransistor vorgesehen.
• Im Fall des elektrisch leitenden Zustandes dieses Transistors sind die beiden tr.o-ten elektrisch miteinander verbunden u:d befinden sich daher zwangswe i je auf etwa denselben Potential.
• Im elektrisch gesperrten Zustand des Transistors können die Knoten, wie dies für eine Flipflop-Schaltung typisch ist, zwei zueinander komplementäre stabile Punkte annehmen, wenn an die Anschlüsse der Flipflop-Schaltung eine entsprechende elektrische Versorgungsspannung angeschlossen ist. Die Unschaltung des Quertransistors von dem einen in den anderen Zustand wird durch Anlegen eines entsprechenden Potentials an den Gateanschluß des Quertransistors bewirkt. Durch den elektrischen Kurzschluß zwischen den beiden Knoten wird die Flipflop-Schaltung vor dem Auslesen in einen Arbaitspunkt, in den labilen Punkt, gezwungen. der den labilen Gleichgewichts zustand zwischen den beiden stabilen Zuständen der Flipflop-Schaltung darstellt.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bewerter- und Regenerierschaltung für Ein-Transistor-Speicherelemente anzugeben, deren Empfindlichkeit größer ist als die Empfindlichkeit der oben geschilderten Regenerierschaltung des Standes der Technik.
• Diese Aufgabe wird durch eine Regenerierschaltung für Ein-Transistor-Speicherelemente gelöst, die durch die in dem kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist.
• Weitere Erläuterungen zur Erfindung und zu deren Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und den Figuren der Erfindung und deren Weiterbildungen hervor.
• Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die Schaltung einer erfindungsgemäßen Regenerierschaltung.
• Figur 2 zeigt das Taktprogramm fur die Schaltung der Figur 1.
• Das in der Figur 1 dargestellte Flipflop besteht im wesentlichen aus den beiden Inverterstufen 3 und 4 und dem Quertransistor 5. Der Inverter 3 besteht aus dem Schalttransistor 52 une dem vorzugsweise als Lastwiderstand ausgebildeten Beldeffekt-Transistor 31. In der aus der Figur ersichtlichen Weise ist zwischen dem Feldeffekt-Transistor 51 und dem Schalttransistox 32 der Knoten 1 des Flipflops angeordnet. Der Inverter 4 besteht aus dem Schalttransistor 42 und dem vorzugsweise als Lastelement ausgebildeten Feldeffekt-Transistor 41. Die Drainan schlüsse der Transistoren 31 und 41 sind gemeinsam mit dem Anschluß 8 verbunden. Die Gateanschlüsse dieser Transistoren sind mit dem Anschluß 311 verbund-en. Über diesen Anschluß 311 s;tnf beide Transistoren gemeinsam ansteuerbar. Zwischen dem Feldeffekt.
• Transistor 41 und dem Schalttransistor 42 ist der Krioten 2 des Flipflops angeordnet. Die Knoten 1 und 2 sind in der aus der Figur ersichtlichen Weise über den Quertransistor 5 miteinander verbunden. Der Quertransistor 5 ist über den Gateanschluß 51 ansteuerbar. Der Gateanschluß 321 des Schalttransistors 32 ist über den Transistor 6 mit dem Knoten 2 verbunden. Der Gateanschluß 421 des Transistors 42 ist über den Transistor 7 mit dem Knoten 1~verbunden. Die Gateanschlüsse der Transistoren 6 und 7 sind mit dem Anschlußpunkt 61 verbunden und über diesen gemeinsam ansteuerbar. Die Versorungsspannung wird an die Anschlüsse 8 und 9 des Flipflops angelegt.
• Vorzugsweise liegt dabei der Anschluß 9 an 1sse. Die Bitleitung 10 ist in dem Punkt 321 mit dem Flipflop verbunden.
• Die Bitleitung 20 ist in dem Punkt 421 mit dem Flipflop verbunden.
• In der Figur 1 ist an Ein-Transistor-Speicherelment 21, das aus dem Transistor 22 und dem Kondensator 23 besteht, dargestellt.
• In dem Punkt 24 ist dieses Speicherelement mit der Bitleitung 20 und in dem Punkt 27 mit der Wortleitung 26 verbunden. Über diese Wortleitung 26 kann der Transistor 22 dieses Speicherelementes leitend geschaltet werden, so daß die in dem Speicherelement 21 in Form von elektrischer Ladung gespeicherte Information auf die Bitleitung 20 fließt.
• Im folgenden soll nun im Zusammenhang mit der Figur 2 die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Regenerierschaltung erläutert werden. Mit Hilfe der erfindungsgemäß in den Rückopplungszweigen des Flipflops angeordneten Transistoren 6 und 7 soll die Empfindlichkeit, diebsi Flipflop-Schaltungen des Standes der Technik durch Unsymmetrien, die von der unvermeidbaren Parameter-Streuung bei der Herstellung herrühren, relativ klein gehalten wird, erhöht werden. Mit Hilfe dieser Transistoren 6 und 7 ist es möglich, daß jeder Blipflop-Zweig als Vorverstärker für das Lesesignal benutzt werden kann.
• Dadurch kann die Emfindlichkeit gegenüber den bekannten Schaltungen. bedeutend erhöht werden.
• Zum Zeitpunkt t1 wird bei eingeschalteten Takten # 311 und # 61 der Takt # 51 an den Quertransistor 5 angelegt. Diese Takte bewirken, daß die Transistoren 31, lyl, 5, 6 und 7 in den leitenden Zustand versetzt werden. Dies hat zur Folge, daß an den Knoten 1 und 2 des Flipflops und somit auch an den Bitleitungen 10 und 20 die Referenzspannung Uref eingeprägt wird. Dies bedeutet, daß die Bitleitungen 10 und 20 ebenfalls auf die Spannung Uref vorgeladen werden (Precharge), wobei die Spannung Uref etwa gleich der idealen Referenzspannung 0,5 . (US1 + USO) ist. Die Spannungen US1und Tr fallen am Speicherkondensator 23 ab, wenn in einem Fall eine "1" und im anderen Fall eine "O" gespeichert ist.
• Zum Zeitpunkt t2 wird das Potential # 61 abgeschaltet, was bewirkt, daß die Transistoren 6 und 7 in den sperrenden Zustand übergehen. Zum Zeitpunkt t3 wird das Potential # 51 abgeschaltet, was bewirkt, daß der Quertransistor 5 in den sperrenden Zustand versetzt wird. Zum Zeitpunkt t3 zu dem also die Transistoren 5, 6 und 7 sperrend sind, sind die Inverter 3 und 4 voneinander elektrisch getrennt, wobei das Referenzpotentiål Uref an den Bitleitungen 10 bzw. 20 erhalten bleibt.
• Beim Auslesen eines Speicherelementes, beispielsweise des Speichen elementes 21, wird zum Zeitpunkt t4 das Potential # 26 an die Wortleitung 26 gelegt. Dadurch wird bewirkt, daß der Transistor 22 des Speicherelementes 21 leitend wird, wodurch wiederum an der Bitleitung 20 eine Spannungsänderung #U20' die vergrößert um den Verstärkungsfaktor K des Inverters 4 am Flipflopknoten 2 erscheint, entsteht.
• Zum Zeitpunkt t5 werden nun mit Hilfe des Taktes # 61 die Transistoren 6 und 7 in den leitenden Zustand versetzt, was bedeutet, daß die Rückkopplung aktiviert wird. Dies bewirkt, daß das Flipflop in die durch das vorverstärkte Lesesignal vorgregebene Richtung kippt.
• Zum Zeitpunkt t6 ist das Kippen des Flipflops abgeschlossen und das Flipflop befindet sich in jenem stabilen Zustand, der der zum Zeitpunkt t4 ausgelesenen Information entspricht. An den Bitleitungen 10 und 20 liegen dann etwa die Spannungen Ug und U51 an, so daß die Information in das über den Takt # 26 noch immer ausgewählte Speicherelement 21 eingeschrieben wird. Es entsteht jedoch ein wesentlicher Vorteil, wenn zum Zeitpunkt t6 der Takt # 311 abgeschaltet wird,da die Spannung USO dabei zu Null wird, während die Spannung U51 bis auf den infolge des Abschaltens des Taktes # 311 über parasitäre Koppelkapazitäten erfolgenden geringen Verlustes erhalten bleibt.
• Zum Zeitpunkt t7 ist der Speicherkondensator 23 auf das Informationspotential U50 bzw. U51 (in Figur 2 wird im Kondensator 23 das Potential USO @ O V gespeichert) geladen und es kann zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t8 auch der Takt # 61 abgeschaltet werden.
• Zur vollen Ausnützung der Symmetrieeigenschaften des Flipflops sind bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Regenerier schaltung zu beiden Seiten des Flipflops je eine Hilfswortleitung 15 bzw. 25 (Fig. 1) (dummy-word line) über eine Kompensationskapazität 151 bzw. 251 (dummy capacity) in der aus der Figur 1 ersichtlichen Weise angeordnet und mit der Bitleitung 10 bzw. 20 verbunden. Dabei ist die Dimension der Kompensationskapazität 151 bzw. 251 entsprechend der Größe der Gatekapazität des Auswahltransistors 22 des Speicherelementes gewählt. Bei der Auswahl jener Hilf swortleitung, die dem geo wählten Speicherelement gegenüber liegt, werden die über die Gatekapazität des Transistors 22 und der Bit-Wortleitungskapazität 201 erfolgenden. Einkopplung auf die Bitleitungen kompensiert, so daß das Flipflop in der hier angewandten Betriebs art gegen die Auswahl der Wortleitung unempfindlIch ist. Im-Beispiel der Figur 1 wird für den Auswahltransistor 22 die Hilfswortleitung 15 ausgewählt.
• Vorzugsweise werden als Kompensationskapazitäten 151 bzw. 251 MOS-Kapazitäten verwendet. Dies bietet den zusätzlichen Vorteil, daß diese Elemente die Gatekapazität der Auswahltransistoren, beispielsweise des Auswahltransistors 22, besser nachbilden und daß die ausgewählten Bitleitungen, beispielsweise die Bitleitung 20, nicht zusätlich kapazitiv belastet werden.
• 6 Patentansprüche 2 Figuren

Claims (6)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e Ö Regenerler- und Bewerterschaltung für Binärsignale nach Art eine: getasteten Flipflops mit wenigstens zwei über Rückkopplungszweige rückgekoppelten, invertierenden Verstärkerstufen, wobei Schaltmittel zum Auftrennen der Rückkopplungszweige vorgesehen.

   sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Knoten (1, 2) des Flipflops zusätzlich über einen steuerbaren Quertransistor (5) verbunden sind.
2. 2. Regenerier- und Bewerterschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens eine Bitleitung (10, 20) mit einer Gateelektrode (321, 421) wenigstens eines Schalttransistors (32, 42) verbunden ist.
3. 3. Regenerier- und Bewerterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils eine Bitleitung (10, 20) über jeweils eine Kompensationskapazität (151, 251) mit jeweils einer Hilfswortleitung (15, 25) verbunden ist.
4. 4. Regenerier- und Bewerterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Schalt transistoren (32, 42), als Schaltmittel (6, 7), als Quertransistor (5) und als Lastelemente (31, 41) MCS-Feideffekt-Transistoren verwendet sind.
5. 5. Regenerier- und Bewerterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch- g e k e fl n z e i c h n e t , daß an beiden Seiten des Flipflops je eine Hilfswortleitung (15 bzw. 25) vorgesehen ist, und daß jeweils zwischen einer Hilfswortleitung (15 bzw. 25) und einer Bitleitung (10 bzw. 20) eine Kompensationskapazität (151 bzw. 251) vorgesehen ist.
6. 6. Verfahren zum Betrieb einer Regenerier- und Bewerterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zum Vorbereiten (Precharge) durch die Takte # 311, # 61 und # 51 die Transistoren (31, 41, 5, 6 und 7) in den leitenden Zustand versetzt werden (Zeitpunkt t1), wodurch eine Referenzspannung Uref an den Knoten (1, 2) und an den Bitleitungen (10, 20) eingeprägt wird, daß durch Abschalten des Potentials # 61 die Transistoren (6 und 7) gesperrt werden (Zeitpunkt t2), daß durch Abschalten des Potentials # 51 der Quertransistor (5) gesperrt wird (Zeitpunkt t5), wodurch zu diesem Zeitpunkt die Inverter () und 4) voneinander elektrisch getrennt sind, daß anschließend beim Auslesen von Information aus einem Speicherelement der Transistor (22) eines Speicherelementes (24) über eine Wortleitung (26) leitend geschaltet wird, wodurch an der Bitleitung (20) eine Spannungsänderung #U20' die vergrößert um den Verstärkungsfaktor K des jeweiligen Inverters (4) am Flipflopknoten (2) erscheint (Zeitpunkt t4), und daß die Transistoren (6 und 7) mit Hilfe des Taktes # 61 wieder in den leitenden Zustand versetzt werden, was bewirkt, daß das Flipflop in die durch das vorverstärkte Lesesignal vorgegebene Richtung kippt (Fig 2).

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