Динамический регистр сдвига

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскинСоциапистическикРеспублик 1 1739655 4 Г фф , ЭЦ 1, "/4,(23)Приоригет ев денем изобретений н етнрытнй(53) УДК 621.374. .044 (088.8) Опубликовано 05,06,80, Бюллетень М 21 Дата опубликования описания 09.06.80 С, А. Еремин, А, И. Стоянов, В. А. Сухоруков и В. С. Хорошунов(54) ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕГИСТР СДВИГА Изобретение относится к области импульсной и вычислительной техники.Известен динамический регистр сдвига, выполненный на МДП-транзисторах, содержащий в каждом иэ последовательно сое диненных плеч по три транзистора, образующих динамический элемент 1Недостатком регистра является большая мощность потреблений.Наиболее близким по технической сущности является динамический регистр сдвига, содержащий в каждом из последовательно соединенных каскадов первый и второй МДП-транзисторы, конденсатор, общую, входную, выходную и синхронизирукщую шины, причем синхрониэирующая шина подключена к одной обкладке конденсатора, вторая обкладка которого. соединена со стоком первого МДП-транзистора, исток которого подключен к общей шине, сток второго МДП-транзистора подключен к синхронизирующей шине, а его затвор - к второй обкладке конден:а- тора и стоку первого МДП-транзистораОЗ. 2Недостаток такого сдвига - сложность конструкции и большая потребляемая мощность.Бель изобретения - упрощение динамического регистра сдвига и снижение потребляемой мощности. Эта цель достигается тем, что в динамическом регистре сдвига, содержащем в каждом из последовательно соединенных каскадов первый и второй МДП-транзисторы, конденсатор, общую, входную, выходную и синхронизирующую шины, причем синхронизирукюцая шина подключена к одной обкладке конденсатора, вторая обкладка которого соединена со стоком первого МДП-транзистора, исток которого подключен к обшей шине, сток второго МДП- транзистора подключен к синхронизирук. шей шине, а его затвор - ко второй обкладке конденсатора и стоку первого МДП-транзистора, исток второго МДП- транзистора подключен к затвору первою М ДПтранэистора и выходной шине 1 а3 7396 55 4сток первбго МДЛ транзистора подключен 1-1-0-0-1-0-1, где символами "1" и. к входной шине, кроме того, общая и"О" обозначены соответственно высокийсинхрониэирующая шины обьерийены, и низкий уровни напряжений (уровеньлогическая "1 и логический "О").На фиг. 1ф . 1 представлена схема динами Пусть в исходном состоянии конденсаческого регистра сдвига по первому ва- торы 5 каскадов 1 и 2 разряжены. Врианту; на фиг. 2 - то же по второму ва- промежуток 4 первого цикла в соответстрианту; на фиг. 3 - период следования" вии с передаваемой последовательностьютактовых сигналов на фиг. 4 -ф г. 4 - временные на вход регистра 6 подается высокий уродиаграммы для элемента по первому вари вень напряжения. На Ф 2 первого цикланту; на фнг. 5 - то же,по второму вари- (промежуток времени ,одновре енноайт,у,осуществляется передача информации перВ регистре сдвига, содержащем в каж- вым и третьим каскадами, на выходнуюдом из последовательно соединенных кас- шину 9 первого каскада передается высокадов 1 и 2 первый МДП-транзистор 3 15 кий уровень напряжения, входная шина 6второй МДП-транзистор 4, койьенсатор 5, первого каскада обнуляется, на выходнойвходную шину 6, общую шину 7 и синхро- шине 9 третьего каскада остается низкий. низирующую шину 8 -и выходную"шину 9. уровень напряжения, так как его конденСинхрониэирующая шина 8 пбдключена к сатор 5 был разряжен.одной обкладке конденсатора 5 и стоку20 В промежуток времени 1 состояние .второго МДП-транзистора 4, вторая об- элементов регистра сдвига не меняется.кладка конденсатора 5 соединена со стоком При подаче тактового сигнала Ф 2 (пропервого МДП-транзистора 3, затвором вто- межуток времени 14 ) одновременно осурого МДП-транзистора 4 и входной шиной ществляется передача информации вторым6, исток второго МДП-транзистора 4 объен четвертым каскадами.динен с выходной шиной 9 и с затвором . На вход регистра 6 информация подапервого МДП-транзистора 3, исток кото- ется с выхода аналогичного каскада. и,рого связан с общей шиной 7.следовательно, поступает с задержкойПо второму варианту общая шина 7 в относительно переднего фронта тактовогокаждом из последовательно соединенных З 0 сигнала ф 2. Поэтому при воздействиикаскадов 1 и 2 объединена с синхронизи- тактового сигнала Ф 2 высокий уровеньрующей шиной 8 (фиг. 2). напряжения передается на выход 9 втоДинамический регистр сдвига работает. рого каскада прежде, чем открывшийсявторой МДП-транзистор первого каскадаКаждый разряд регистра сдвига содер успеет разрядить конденсатор 5 и закрытьжит два последовательно соединенных кас- второй МДП-транзистор второго кк а 1 ийкада и, на синхронйэирукаие шины ко- Затем входная шина 6 второго каскадаторых подаются неперекрывающиеся во обнуляется, на выходе регистра сдвига,времени тактовые сигналы ф 1 и Ф 2. Рас- остается Йизкий уровень напряжения, таксмотрим работу двухразрядного динамиче как конденсатор 5 четвертого каскадаского регистра сдвига. .. был разряжен.Подача входной информации осущест-, В промежуток времени 14 второго циквляется в промежуток времени 14 преды- ла состояние элементов регистра двоимдущего и 1 данного цикла, а вывод ин-, не меняется. При воздействии тактовогоформации- в промежуток времени 1 дан си 1 нала Ф 1 второго цикла снова осущестного цикла ипоследующего. В таб-вляется передача информации каскадамилице приведена циклограмма прохождения первым и третьим и т.д,информации за 8 циклов тактовых снгна-Поданный в первом цикле входной вылов. сокий уровень напряжения появляется наПод циклом тактовых сигналов пони выходе регист, а при воэдействиитактовб-мается период следования тактовых сигна го сигнала Ф 2 второго цикла.,Дальнейлов (фиг 3). В циклограмме рассмотрен шее прохождение информации иллюстрирупроцесс передачи последовательности, ется таблицей.конденсатор 5 будет разряжен, а егоемкость- мала, Поэтому с приходом тактового сигнала Ф 1 второй МЦП-транзистор 4 будет закрыт, связи выходной шины 9 с синхронизирующей шиной 8 не будет, по окончании действия .тактового сирнада выходная шина 9 элемента останется разряженной, и каскад готов к новомуциклу передачи информации. Таким образом, осуществляется передача (сдвиг)логического "О" со входа каскада на еговыход.По второму варианту каскад работаетаналогично рассмотренному эа исключением того, что разряд конденсатора 5 поспе передачи логической "1" осуществляется по окончании действия тактового сигнапа ф 1 через первый МДП-транзистор 3.Поэтому для искпючениа Разряда выхода элемента через второй МДП-транзистор 4 соотношения размеров транзисторов3 и 4 должны быть такими, чтобы конденсатор 5 успец разрядиться до напряжения,меньшего пороговой величины прежде, чемнапряжение на выходе элемента сможетзаметно снизиться.Рассмотрим временные диаграммы работы каскада динамического регистрасдвига по первому варианту. При зараженном конденсаторе 5 (фиг, 4 б) после подачи тактового сигнала ф 1 (фиг. 4 а) напряжение на затворе второго МДП-транзистора 4 скачкообразно увеличивается(так как конденсатор 5 заряжен), (фиг.4 г), и йа выходе эпемента начинаетсярост напряжения (фиг, 4 в). В промежутке времени 1 напряжение на выходе каскада нарастает до уровня Оп,пор,где Оп - пороговое напряжение траиор,эисторов. Транзистор 3 в этот период закрыт, а транзистор 4 - открыт. При достижении уровня напряжения Опор транзистор 3 открывается и начинается разрядконденсатора 5, выходное напряжение эпемента продопжает нарастать. Когда в момент времени 1напряжение на обкладках конденсатора 5 уменьшится до уровняОпор, второй МДП-транзистор 4 закрываетсяи на выходе элемента остается высокий уровень,апряжения 0 вых . ПервыйМДП-транзистор 3 открыт, и разряд конденсатора 5 продолжается (промежутоквремени 4 на фиг. 4 б,г). По окончаниидействия тактового сигнала ф 1 (х на4фиг, 4 а) напряжение на входе каскадатакже изменяется, и через открытыйтранзистор 3 конденсатор 5 разряжаетсяпрактически до уровня О, Таким образом,7 7396 55функция хранения цифровой информацииреализуется конденсатором 5, величинаемкости которого опредепяется величиной.хранимого на нем заряда. Когда на входекаскада быпа информация, соответствующая логической " 1", конденсатор 5 будет ,заряжен, а его емкость велика. ВторойМДП транзистор 4 будет открыт, первыйМДП гранзистор 3 закрыт, а выход элемента 9 обнупен (разряжен). оС приходом на синхронизирующую шину8 тактового сигнала Ф 1 второй МДПтранзистор 4 будет открыт (конденсатор5 в даннбм случае играет роль "ускоряющей емкости, по входу эпемента подклюг35. чен выход аналогичного каскада), напряжение на затворе второго МДП-транзистора 4 относительно общей шины 7 будетравно сумме амплитуды тактового сигналаФ 1 и величины напряжения на конденсаторе 5. На выходе каскада Формируется высокий уровень напряжения, бпизкий к ампаитуде тактового сигнала Ф 1,При этом открывается первый МЙПтранзистор 3 и снимает заряд с конденса 25тора 5 а второй МДП-транзистор 4 закрывается, Выход элемента 9 остаетсязаряженным до высокого уровня напряжения. Соотношения размеров транзисторов3 и 4 (или пороговое напряжение первогоМДП-транэистора 3) выбираются такимичтобы выход элемента 9 успел зарядиться до напряжения, бпизкого к амплитудетактового сигнала прежде; чем произойдет полный разряд конденсатора 5, Поокончании действия тактового сигнала второй МДПтранзистор 4 будет закрыт, выход эпемецта остается заряжейным, первыйМДП-транзистор 3 открыт, конденсатор 5разряжен, Таким образом, за время действия одного тактового сигнала Ф 1 осуществпяется сдвиг (передача) погической 1"со входа каскада на его выход.Выход каскада 9 в цифровых устройствах нагружен на вход анапогичнОго каскада, конденсатор 5 которого принимает нахранение переданную информацию. Послеиспользования (сдвига) этой информациивыход рассматриваемого эпемента обнуляется (разряжается) и каскад готов к фОновому циклу передачи информации.Так как энергия от источника тактовых сигналов ф 1 потребляется топько вовремя переходного пропесса, то статическое потребление мощности отсутствует.Если на входе каскада была информация, соответствующая логическому "О",1. Динамический регистр сдвига, содержащий в каждом иэ последовательносоединенных каскадов первый и второйМДП-транзисторы, конденсатор, общую,входную, выходную и синхронизирующуюшины, причем синхронизирующвя шинаподключена к одной обкладке конденсатора,вторая обкладка которого соединена состоком первого МДП-транзистора, истоккоторого подключен к общей шине, стоквторого МДП-транзистора подключен ксинхронизируюшей шине,а его затвор- к второй обкладке конденсатора я истоку нервого МДП транзистора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощенияи снижения потребляемой мощности, в иемисток второго МДП-транзистора подключен к затвору первого ЯДП-транэисторв,и выходной шине, а сток первого МДПтранзистора подключен к выходной шине,2. Регистр по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что общая и синхрониэирующая шины обьединены.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент франции % 2027310,кл.11 С 19/00, 11.03.68,2. Патент США 3 д 3454785,кл. 307-221, 1967. осуществляется передача уровня логяческой "1" со входа каскада на его выход,причем после цикла передачи вход кжкада подготовлен к приему новой информации ( с выхода аналогичного каскада).Если конденсатор 5 был разряжен, егоемкость будет мала, и при подачи тактового сигнала Ф 1 второй МДП-транзистор4 будет закрыт. Напряжение на выходекаскада не изменится (передача логический "О"). Поэтому снятие заряда (напряжение) с конденсатора 5 при передачелогическая "1" является необходимым условием для правильной передачи логического "О". Необходимо также заметить, 15что скачкообразное увеличение напряженияна затворе второго МДП-,транзистора 4при передаче логической 1" на величину,почти равную амплитуде тактового сигнала ф 1 (фиг. Зг), способствует увеличению скорости нарастания выходного напряжения, чем достигается высокое быстродействие квск ада.Рассмотрим временные диаграммы работы однотвктного динамического элемента по второму варианту. При заряженномконденсаторе 5 после подачи тактовогосигнала Ф 1 (фиг. 5 а) напряжение на затворе второго МДП-транэистора 4 скачкообразно увеличивается ( фиг, 5 в), и нв 30выходе элемента начинается рост напряжения (фиг, 5 б). В промежуток времении 1 , равный длительности тактового сигнала ф 1, выходное напряжениенарастает до высокого уровня напряженйя, 35По окончании тактового сигнала Ф 1 обатранзистора 3 и 4 оказываются открытыми. Через открытый первый МДП-транзистор 3 начинается разряд конденсатора 5,а через открытый второй МДП-травзистор ф4 - разряд выхода элемента,Квк,топько напряжение на конденсаторе 5 уменьшится до уровня Опор (момент времени 1 на фиг. 5 в), второйМДП-транзистор 4 закрывается и на выходе элемента 9 остается высокий уровеньнапряжения 0 е,ь . Через открытый первый МДП-трвнзистор 3 продолжается разряд конденсатора 5 до уровня Ц", гдеОо практически рввнО низкому уровню 50Мнапряжения тактового сигнала Ф 1, Такосуществляется передача уровня логической 1" со входа каскада на его выходи снятие" заряда с конденсатора 5 в процессе передачи (сдвига информации.,55Если конденсатор 5 был разряжен, егоемкость будет мала и при подаче тактового сигнала ф 1 второй МДП-транзистор 4 будет закрыт, Напряжение на выходе каскада не изменится (передачв логический"0). Поэтому "снятие" заряда цри передаче логическая "1 является необходи-,мым условием для правильной передачилогического "0".По окончании тактового сигнала ф 1требуется еще промежуток времени 1(фиг. 5 в) для разряда конденсатора5. Отсутствие общей шины существенноупрощает регистр сдвига.При подаче тактового сигнала передача информации осуществляется одновременно каскадами, подключенными к двинойсинхрониэирукщей шине 8, разделеннымимежду собой каскадами, подсоединеннымик другой синхронизирующей шине,Кроме того, каждый каскад обладаетопределенной задержкой при передаче информации, что обеспечивает правильнуюпередачу произвольной входной последовательности импульсов и позволяет отказаться от применения дополнительных развязывающих звеньев или многофазной синхронизации Формул а иэобрете нияы ы ы м ыыы щамФут мен ъ.ыы шз ь ыГ7396 55 а б) ЗХ Составитель В. ХорошуновРедактор Н, Шильникова Техред А. Щепанская Корректор Т, СкворцоФ Тираж осударственн лам иэобрете осква, Ж,одписн лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 52/9 ЦНИИПИ по д 113035, М662 го комитета ССС ий и открытийРаушская наб., д,