DE2919163A1 - Frequenzteiler - Google Patents

Description

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RCÄ 71,002 Dr .ν ο Β/Ξ
US Ser.No. 904,849
Filed; May 11, 1978

RCÄ Corporation,, N.Y. (Ψ,.St„Ά,}

Frequenzteiler

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Frequenzteiler, insbesondere Frequenzteiler in integrierten Kreisen«

Bei den gegenwärtig in integrierten Kreisen verv/endeten Frequenzteilern besteht ein Widerspruch zwischen den Kreisen, die bei relativ hohen Geschwindigkeiten, d.h. hohen Frequenzen, arbeiten können und den Kreisen, die relativ dichte integrierte Kreisstrukturenj, d.h. integrierte Kreisstrukturen mit einer relativ großen. Anzahl von Teilerstufen pro Flächeneinheit,

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aufweisen. Bei I L (Integrated Injection LogicJ Kreisen handelt es sich um relativ dichte Strukturen, da sie in einem Bereich aus Halbleitermaterial, der raanchsaal als Wanne bezeichnet wird und als eine gemeinsame Emitter-

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POSTSCHECK EIÜKCHBW ΓΙΟ. OOliSEaO · ΞΔΪ-ΙΙΪΠΟΝΐΌ H^-ETGSAIJIZ iIÖTJC3I3Ij' ΕΪΞ TCjCSuCS) ^ZIO. 60CCSZ'Ϊ^^S

zone dientρ gebildete bipolare Transistoren verwenden» Es kann

2 jedoch infolge der Kreisanordnung von I L-Kreisen der durch die einzelnen Transistoren fließende Strom nicht leicht gesteuert werden= Als Ergebnis suchen die Einzeltransistoren einen Sättigungs- oder Hochstromgrad zu erreichen, der die Arbeitsgeschwindigkeit des integrierten Kreises begrenzt. TTL (Transistor Transistor Logic) und ETL (Emitter Coupled Logic) Kreise können bei relativ hohen Geschwindigkeiten arbeiten, weil der Stromfluß durch die Einzeltransistoren so gesteuert werden kann, daß er unterhalb des Sättigungspegels liegt. Diese Strukturarten bedingen aber Anordnungen, in denen die einzelnen bipolaren Transistoren für den größten Teil keine gemeinsame Elektrodenzone aufweisenο Als Ergebnis weisen diese integrierten Kreisstruktüren relativ geringe Dichten auf. Obwohl integrierte Kreise, die in logischen Strukturen angeordnete Feldeffekttransistoren, wie integrierte Kreise mit N-MOS (N- Channel Metal Oxid Semiconductor\, P-MOS (P- Channel %tal Oxid Semiconductor) und C-MOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor) verwenden, relativ hohe Dichten aufweisen, sind ihre Geschwindigkeiten durch die relativ großen Kapazitäten zwischen Elektroden in Anbetracht der in diesen Vorrichtungen vorhandenen Ströme begrenzt. Außerdem arbeiten integrierte MOS-Kreise bei Spannungspegeln, die nicht direkt mit bipolaren Kreisen kompatibel sind, die in mit dem Frequenzteiler verbundenen analogen Kreisen verwendet werden»

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält ein integrierter Kreis zum Teilen der Frequenz eines Wechselsignals, wobei dieser Kreis eine relativ große Geschwindigkeit und eine große Dichte aufweist, eine erste und eine zweite auf sinemeinsigen Substrat ausgebildete Halbleiter-Wanne. Die erste Wanneenthält eine Mehrzahl von bipolaren Transistoren die das Halbleitermaterial der Wanne als gemeinsame Emitterzone teilen. Die zweite Wanne enthält eine Mehrzahl von

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Transistoren, die das Halbleitermaterial der Wanne als eine geraeinsame Kollektorzone teilen» Transistorpaare in der ersten Wanne sind zur Bildung von Flip-Flop-Stufen mit Transistorpaaren in der zweiten Wanne überkreuz verbunden. Es werden von dem Wechselsignal abgeleitete komplementäre Taktsignale an die abwechselnden Stufen angelegt. Jede Stufe enthält eine Einrichtung zum Vorspannen mit einem Transistorpaar in der zweiten Wanne, um sicherzustellen, daß nur einer der Transistoren des Transistorpaars in der ersten Wanne gleichzeitig leitet und daß der Stromfluß durch den leitenden Transistor unterhalb seines Sättigungsstromes liegt. Eine zwischen jeder Stufe angeordnete Koppeleinrichtung überträgt in Antwort auf einen vorherbestimmten Pegel der Taktsignale die Leitungszustände einer Stufe zur nächsten Stufe.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen integrierten Kreises,

Figur 2 eine Aufsicht der Halbleiterstruktur eines Teils des in der Figur 1 dargestellten integrierten Kreises,

Figur 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 durch einen Teil der in der Figur 2 dargestellten Struktur,

Figur 4 eine grafische Darstellung der Signalverlaufe zur Erläuterung der Arbeitsweise des in der Figur 1 dargestellten integrierten Kreises, und

Figur 5 ein schematisches Schaltbild eines Teils des in der Figur 1 dargestellten integrierten Kreises.

Der in der Figur 1 dargestellte integrierte Kreis 10 ist als Frequenzteiler zum Teilen der Frequenz eines Eingangs-Wechseisignals ausgebildet. Der integrierte Kreis 10 enthält eine Anzahl

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von Anschlüssen zum Ankoppeln an einen externen, nicht dargestellten externen Sehaltkreis . In der folgenden Tabelle sind die diesen Anschlüssen zugeordneten Funktionen angegeben,

Anschluß Funktion

12 Leistungsaufnahme

14 Betriebserde

16 Signaleingang

20 Ausgangssignal

22 Komplementäres Ausgangssignal

Der integrierte Kreis 10 enthält einen Kreis 18 ', der ausführlich in der Figur 5 dargestellt ist, zum Ableiten einer Versorgungsspannung +V," von der an den Anschluß 12 zur Leistungsaufnahme angelegten Spannung und zum Ableiten komplementärer Taktsignale CLOCK und CLOCK, die in der Figur 4 grafisch dargestellt sind,, von dem an den Signaleingangsanschluß 16 angelegten Eingangs-Wechselsignal <> Der restliche Teil des integrierten Kreises 10 enthält η ähnlich angeordnete Flip-Flop-Stufen, die in Kaskade geschaltet sind» Lediglich die erste Stufe 24a und die zweite Stufe 24b sind in der Figur 1 dargestellt. Der integrierte Kreis 10 ist in einen ersten Teil oder eine erste Wanne 26 und einen zweiten Teil oder eine zweite. Wanne 28 unterteilt,, wobei die Wannen auf einem einzigen Substrat angeordnet sind, wie dies in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist« Die Wanne 26 enthält eine Mehrzahl, von Transistorenj. die eine Emitterzone^ die in der Figur 1 symbolisch durch einen Leiter 30 dargestellt ist, gemeinsam haben- Die Wanne 28 enthält eine Mehrzahl von Transistoren, die eine Kollektorzone gemeinsam haben„ die in der Figur 1 durch einen Leiter 32 symbolisch dargestellt ist» Die Versorgungsspannung *V ist an den Leitern 32 angelegt.

Insbesondere enthält die Stufe 24a NPN-Transistoren QIa und Q2a in der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 und NPH-Transis-

toren Q3a und Q4a in eier gemeinsamen Kollektor-Wanne 28. Die Stufe 24a ist mit der Stufe 24b über ΗΡϊΊ-Transistoren Q5a und Q6a in der gemeinsamen Kollektor-Wanne 28 verbunden. Die Basen der Transistoren Q1a und Q2a in der gemeinsamen Emitter-ifanne 26 sind jeweils mit den Emittern der Transistoren Q4a und Q3a in der gemeinsamen Kollektor-Wanne 28 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren QIa und Q2a in der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 sind jeweils mit den Basen der Transistoren Q3a und Q4a in der gemeinsamen Kollektor-Wanne verbunden» Die Emitter der Transistoren QIa und Q2a sind ebenso Ttfie auch die Emitter aller anderen restlichen Transistoren in der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 über einen einzigen Widerstand R5, der in der gemeinsamen Kollektor-Wanne 28 aiigsorciiSt isü, an einen Leiter 34 gekoppelt. Dieser Leitsr 34 ist mit dem Anschluß 14 für die Betriebserde verbunden«

In der gemeinsamen Kollektor-Wanne 28 sind die Emitter der Transistoren Q3a und Q4a jeweils über Widerstands E2a micl S^a mit dem Leiter 34 verbunden. Die Basen der Transistoren Q3a und Q4a sind jeweils über Widerstände R1a und S3a rait einem Leiter 36 verbunden» Das von dem Kreis 18 erzeugte GLOCZi-Signal wird an den Leiter SS angelegte

Es wird festgestellt, daß die Transistoren QIa uno: Q2a in Emitterschaltung angeordnet sind, wobei an den jeweilige;*: Basen Eingänge und an dan Iswsiligan Kollektoren Ausgänge vorgesehen sind» Es ist axteh festzustellenj daß die Transistoren Q3a ^iind Q4a als Emitterfolger angeordnet sind;, wobei die jeweiligen Basen als Eingänge v.nü die jewsiligsn Eriif.^-tsr als Ausgänge dienenο

Die Basen der Transistoren ^jSa v.nü O4a sincl j-sweils :v;ii". ;1 s:.:_ Basen der Transistore«! Q5a unä Q6a In der geresiiisa^sii Kollektor-Wanne 28 vsriHiiiclen„ Die Transistors^ Q5a. vjia G^a sind ebenfalls als Emitterfolger angeordnää„ iiis sic:]i ~av~- den Figures 2 und 3 ergibt ₀ teileu sich die i^::;a2is±g\;Q2rea QSa

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und Q5a und die Transistoren Q4a und Q6a gemeinsame Basiszonen, die in der Figur 1 symbolisch durch Leiter dargestellt sind.

Die Emitter der Transistoren Q5a und Q6a der Stufe 24a, die die Ausgangspunkte der Stufe 24a darstellen , sind jeweils mit den Basen der Transistoren Q2b und Q1b der Stufe 24b verbunden, die die Eingangspunkte der Stufe 24b darstellen. Die Stufe 24b ist der Stufe 24a ähnlich und weist daher dieselben Bezugszeichen auf, wenn man von der Ausnahme absieht, daß der Buchstabe "a" durch den Buchstaben "b" ersetzt ist. Es wird jedoch festgestellt, daß die Basen der Transistoren Q3b und Q4b der Stufe 24b mit einem Leiter 38 anstatt mit dem Leiter 36 verbunden sind. Das durch den Kreis 18 erzeugte CLOCK -Signal wird an den Leiter 38 angelegt.

Die Ausgangspunkte der Stufe 24b an den Emittern der Transistoren Q5b und 06b sind mit entsprechenden Eingangspunkten der nächsten Stufe nach der Stufe 24 in derselben Weise verbunden, wie die Ausgangspunkte der Stufe 24a an den Emittern der Transistoren Q5a und Q6a mit den Eingangspunkten der Stufe 24b an den Basen der Transistoren Q2b und Q1b jeweils verbunden sind. Die nächste Stufe nach der Stufe 24b ist wie die Stufe 24a an den Leiter 36 (d.h. an das CLOCK-Signal) verbunden. Die auf diese Stufe folgende nächste Stufe ist, wie die Stufe 24b mit dem Leiter 38 (d.h. mit dem CLQCK-Signal) verbunden. Die Leiter 36 und 38 sind mit den verbleibenden Stufen in derselben abwechselnden Weise verbunden„

Die letzte, d.h. die n=te Stufe ist zur Bildung eines geschlossenen Kreises mit der ersten Stufe, d.h. der Stufe 24a verbunden. Die Ausgangs-Eingangs-Beziehung zwischen der letzten Stufe und der ersten Stufe wird jedoch im Gegensatz zu der in dem Rest des integrierten Kreises 10 folgenden Aus-

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gangs-Eingangs-BeZiehung umgekehrt, wie dies durch die Anordnung der Leiter 40 und 42 dargestellt ist. D.h., vorausgesetzt , daß der integrierte Kreis 10 nur zwei Stufen aufweist, so&ß die Stufe 24a die erste Stufe und die Stufe 24b die letzte Stufe ist, der Emitter des Transistors Q5b mit der Basis des Transistors Q1a anstatt mit der Basis des Transistors Q2a und der Emitter des Transistors Q6b mit der Basis des Transistors Q2a anstatt mit der Basis des Transistors Q1a verbunden ist.

Die Halbleiteranordnung des in der Figur 1 schematisch dargestellten Schaltkreises kann am besten im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 verstanden werden. In den Figuren 2 und 3 weisen die Basen, Emitter und Kollektoren der in der Figur 1 dargestellten Transistoren dieselben Bezugszeichen, wie die in der Figur 1 verwendeten Bezugszeichen auf. Es sind Buchstaben B, C und E zur jeweiligen Bezeichnung einer Basis, eines Emitters und eines Kollektors vorgesehen. Beispielsweise ist die Basis des Transistors Q2a durch das Bezugszeichen B2a gekennzeichnet. Außerdem ist die Metallisierungsverbindung zu den verschiedenen Halbleiterelementen des integrierten Kreises 10 durch ein Rechteck mit gestrichelten Linien dargestellt.

Bei der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 und der gemeinsamen Kollektor-Wanne 28 handelt es sich vorzugsweise um Epitaxie-Schichten aus einem N-Material, beispielsweise aus Silizium, die auf einem gemeinsamen Substrat 44 aufgewachsen sind. Bei dem Substrat 44 handelt es sich um ein P-Material, beispielsweise um Silizium. Das N-Material der Wanne 26 enthält die gemeinsame Emitterzone aller Transistoren der Wanne 26. Die Basis jedes Transistors der Wanne 26 ist ein entsprechender Bereich des P-Materials, das indem N-Material der Wanne 26 durch Diffusion erzeugt ist. Der Kollektor jedes Transistors der Wanne 26 ist ein Bereich eines N+-Materials (das + weist

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auf ein stärker dotiertes Halbleitermaterial hin) das in dem P-Material der entsprechenden Basisbereiche durch Diffusion hergestellt ist. Das N-Material der Wanne 28 enthält die gemeinsame Kollektorzone aller Transistoren der Wanne 28. Bei der Basis jedes Transistors der Wanne 28 handelt es sich um einen entsprechenden Bereich des P-Materials, das in dem N-Material der Wanne 28 durch Diffusion hergestellt ist. Bei dem Emitter jedes Transistors der Wanne 28 handelt es sich um einen Bereich aus U+-Material, das in dem P-Material der entsprechenden Basisbereiche durch Diffusion hergestellt ist. Wie früher bereits angedeutet wurde, sind die Transistoren Q3a und Q5a und die Transistoren Q4a und Q6a in einer gemeinsamen Basiszone angeordnet» Eine dünne Schicht 46, _ die in der Figur 2 nicht dargestellt ist? aus oxidiertem Material,, beispielsweise aus Siliziumoxid, ist zwischen der Metallisierung und dem Halbleitermaterial angeordnet, wenn man von den Bereichen der strichlierten Rechtecke absieht, um eine elektrische Isolierung zwischen dem Halbleitermaterial und der Metallisierung herzustellen.

Die Wannei26 und 28 sind durch eine Trennschicht 48 aus einem P·:—Material , das zwischen dem N-Material der Wannen 26 und durch Diffusion erzeugt ist, getrennt. Die Trennschicht 48 steht mit dem Substrat 44 in Kontakt, das über den Erdanschluß 14 durch e.ne nicht dargestellte Verbindung mit Erde verbunden ist. Da das Erdpotential das in dem integrierten Kreis 10 entwickelte kleinste Potential ist, sind beide P-N-Diodenübergänge, die durch die Trennschicht 48 und das M-Material der Wanne 26 und 28 an beiden Seiten der Trennschicht 48 gebildet sind, in umgekehrter Richtung vorgespannt und die Wannen 26 und 28 sind wirksam voneinander elektrisch isoliert. Ia der Trennschicht &ß x-jird Ρ-:·=Material aa äer Stelle von PHSateriai verwendet, um die Bildung von lateralen HPH-Sran si stören su versieieien, die eine ausreichend große Ver~ aufweisen, um einen beträchtlichen Einfluß auf den

Betrieb des integrierten Kreises 10 auszuüben. Die Trennschicht 48 weist eine typische Breite von 0,4 mm auf.

In derWanne 26 ist ein Schutzbereich 50 aus diffundiertem N+-Material in das N-Material eindiffundiert, der wenigstens einen Teil des P-Materials des Basisbereichs umgibt , um die Bildung eines lateralen PNP-Transistors mit einer bemerkenswerten Verstärkung zu verhindern. Der Schutzbereich 50 unterbricht jedoch nicht die Leitung des N-Materials der gemeinsamen Emitter-Wanne 26, d.h. die gemeinsame Emitterzone der ■·. Transistoren der Wanne 26 ist nicht unterbrochen. Der Schutzbereich 50 weist eine beträchtlich kleinere Breite, beispielsweise 0,2 mm , als der Trennbereich 48 auf. Typischerweise liegt das Verhältnis der Breite des Trennbereichs und des Schutzbereichs 50 in der Größenordnung von 2 zu 1.

Es wird festgestellt, daß ein Schutzbereich zum Verhindern der Ausbildung von lateralen PNP-Transistoren zwischen dem P-Material der Basisbereiche der Wanne 28 nicht erforderlich ist, weil das N-Material, das die gemeinsame Kollektorzone aller Transistoren der Wanne 28 enthält, an die +V-Versorgungsspannung über den Leiter 32 gekoppelt ist. Da die +V-Versorgungsspannung in demintegrierten Kreis 10 das löchste Potential ist, wird jeder laterale PNP-Transistor, der sich in der gemeinsamen Kollektor-Wanne 28 ausbilden könnte, nicht leiten, d.h. daß sein Basis-Emitterübergang und sein Basis-Kollektorübergang in Sperrichtung vorgespannt sind.

Durch Bereiche des P-Materials werden in der gemeinsamen Kollektor-Wanne 28 Widerstände gebildet. Die Widerstandswerte der Widerstände Ria, R3a und R5 sind durch die Dimensionen bzw. Abmessungen der entsprechenden P-Bereiche bestimmt» Die Widerstandswerte der Widerstände R2a und R4a sind im Vergleich zu den Widerstandswerten der Widerstände R1a R3a und R5 relativ groß. Dies wird durch die Diffusion von

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N+-Material in den entsprechenden P-Material bewirkt, um, im nicht dargestellten Querschnitt, eine'Sandwich-ähiiche Anordnung von P-Material zwischen N+- Material am oberen Ende und N-Material am Bodenende zu bewirken. Die Sandwichähnliche Anordnung versucht die Leitfähigkeit des P-Materials zu begrenzen oder "zusammenzudrücken". Es werden daher die Widerstände wie die Widerstände R2a und R4a, häufig als Pinch'-Widerstände bezeichnet. Während der Widerstand R5 in der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 ausgebildet werden könnte, ist es wünschenswert, daß er in der gemeinsamen Kollektor-Wanne 28 ausgebildet wird, so daß die Metallisierung zum Verbinden des Widerstandes R5 zwischen der gemeinsamen Emitterzone der Wanne 26 und dem Leiter 38 andere Metalli-¹· sierungen nicht überkreuzen muß.

Weil alle Transistoren der Wanne 26 eine gemeinsame Emitterzone aufweisen bzw. teilen, ist ihre Dichte , d.h. die Anzahl der Transistoren pro Einheit eines Oberflächenbereichs relativ groß. In ähnlicher Weise ist die Dichte aller Transistoren in der Wanne 28 relativ groß, da sie eine gemeinsame Kollektorzone aufweisen bzw. teilen. Als Ergebnis ist die Gesamtdichte des integrierten Kreises 10 relativ groß. Wie später erläutert wird, werden die Transistoren der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 am Betrieb in einem Sättigungszustand gehindert, weil sie in der gemeinsamen Kollektorwanne 28 angeordnet sind . Als Ergebnis kann der integrierte Kreis bei relativ hohen Frequenzen arbeiten.

Aus Gründen, die weiter unten ausgeführt werden, und die Arbeitsweise des integrierten Kreises 10 betreffend, ist es wünschenswert,daß alle Transistoren des integrierten Kreises , so ausgewählt sind, daß sie annähernd den gleichen Spannungsabfall Vbe am Basis-Emitterübergang, beispielsweise o,7 Volt, aufweisen, wenn sie leiten, und daß. alle Widerstände Ria, R3a usw. so ausgewählt

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sind, daß sie einen Widerstandswert aufweisen, der im wesentlichen gleich dem mit einem Faktor ^ multiplizierten Widerstandswert des Widerstands R5 ist. Unter diesen Bedingungen beträgt die am Widerstand R1a usw. bei einem leitenden Transistor Q1a usw. entwickelte Spannung 1/2 Vbe, beispielsweise annähernd 0,35 Volt, wie dies weiter unten erläutert wird. Außerdem ist es wünschenswert, daß alle Widerstände R2a, R5a usw. so ausgewählt sind, daß sie einen relativ hohen Widerstandswert im Vergleich zu dem Widerstandswert der Widerstände Ria, R3a usw. aufweisen. Es ist weiterhin wünschenswert, daß der Kreis 18 so angeordnet ist, daß die Impulse der CLOCK - und CLOCK-Signale einen hohen Pegel von 3 Vbe , beispielsweise annähernd 2,1 Volt, und einen niedrigen Pegel von 2 Vbe , z.B. annähernd 1,4 Volt, aufweisen.

Die Arbeitsweise des integrierten Kreises 10 kann am besten durch die gleichzeitige Bezugnahme auf die Figuren 1 und erläutert bzw. verstanden werden . In der folgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, daß der integrierte Kreis 10 lediglich zwei Stufen, beispielsweise die Stufen 24a und 24b, aufweist, so daß der Emitter des Transistors Q5b über den Leiter 40 mit der Basis des Transistors Q1a und der Emitter des Transistors Q6b über den Leiter 42 mit der Basis des Transistors Q2a verbunden ist. In dieser Anordnung werden das Ausgangs- und das Ausgangs-Signal jeweils an den Emittern der Transistoren Q6b und Q5b entwickelt.

Außerdem wird vorausgesetzt, daß die Anfangszeit TO, während eines ersten Taktintervalls C1, wenn das CLOCK-Signal einen hohen Pegel (beispielsweise 3 Vbe) und das CLOCK-Signal einen kleinen Pegel (beispielsweise 2 Vbe) aufweisen, der Transistor Q1a nichtleitend (ausgeschaltet) , der Transistor Q2a leitend (eingeschaltet), der Transistor Q1b ausgeschaltet und der Transistor Q2b eingeschaltet ist. Unter

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diesen Bedingungen beträgt in der Stufe 24a die Spannung an der Basis B3a des Transistors Q3a 2,1 Volt (d.h. 3 Vbe) unddie Spannung an der Basis B4a des Transistors Q4a 1,75 Volt (d.h. 3 Vbe - 1/2 Vbe). Die Spannung an den Emittern E3a und E5a der Transistoren Q3a und Q5a beträgt daher jeweils 1,4 Volt, (d.h. 3 Vbe - 1 Vbe) und die Spannung an den Emittern E4a und E6a der Transistoren Q4a und Q6a beträgt jeweils 1,05 Volt (d.h. 3 Vbe - 1/2 Vbe - 1 Vbe). Da der Transistor Q2a als eingeschaltet vorausgesetzt wurde, beträgt die Spannung an dem Emitter E2a des Transistors Q2a 0,7 Volt (d.h. 3 Vbe - 1 Vbe - 1 Vbe). Da der Emitter E1a des Transistors Q1a an derselben Spannung, d.h. 1,7 Volt, wie der Emitter E2a des Transistors Q2a liegt und die Basis Bia des Transistors Q1a an derselben Spannung, d.h. 1,05 Volt, wie derEmitter E4a des Transistors Q4a liegt, werden an dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors Qia nur 0,35 Volt (d.h. 1/2 Vbe) entwickelt. Als Ergebnis ist der "Bansistor QIa tatsächlich ausgeschaltet, wie das voranstehend vorausgesetzt wurde.

In der Stufe 24b beträgt die Spannung an den Basen B3b und B5b der Transistoren Q3b und Q5b zur Zeit TO jeweils 1,4 Volt (d.h. 2 Vbe) und die Spannung an den Basen B4b und B6b der Transistoren Q4b und Q6b jeweils 1,05 Volt (d.h. 2 Vbe -1/2 Vbe) Da die Spannung an dem Emitter E5a , der mit dem Emitter E3b des Transistors Q3b verbunden ist, 1,4 Volt beträgt und die Spannung an dem Emitter E6a, der mit dem Emitter E4b des Transistors Q4b verbunden ist, 1,05 Volt beträgt, sind die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren Q3b und Q4b in der Aus-Richtung vorgespannt.

Die Spannung an der Basis B2b des Transistors Q2b beträgt folglich 1,4 Volt und die Spannung an der Basis des Transistors Q1b 1,05 Volt. Als Ergebnis ist der Transistor Q2b

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eingeschaltet und der Transistor Q1b ausgeschaltet , wie dies zuvor vorausgesetzt wurde. Außerdem sind die Basis-Emitter-übergänge der Transistoren Q5b und Q6b in Aus-Richtung vorgespannt, weil die Spannung an dem Emitter E4a, der mit dem Emitter E5b des Transistors Q5b verbunden ist, 1;O5 Volt beträgt und die Spannung an dem Emitter E3a, der mit dem Emitter E6b des Transistors Q6b verbunden ist, 1,4 Volt beträgt. Die Spannung an dem Emitter E5b beträgt daher 1,05 Volt und die Spannung an dem Emitter E6b beträgt 1,4 Volt.

Zur Zeit T1 am Anfang des zweiten Taktintervalls C2 fällt das CLOCK-Signal auf 1,4 Volt ab (d.h. 2 Vbe) und das CLOCK-Signal steigt auf 2,1 Volt (d.h. 3 Vbe) an. Wie gezeigt werden wird, bleibt der Transistor Q1b ausgeschaltet und der Transistor Q2b eingeschaltet, d.h. die Stufe 24b ändert ihren Zustand nicht. Wenn jedoch das CLOCK-Signal um 0,7 Volt (d.h. 1 Vbe) steigt, steigt die Spannung an der Basis B3b um 0,7 Volt auf 2,1 Volt und die Spannung an der Basis B4b steigt um 0,7 Volt auf 1,75 Volt. Da die Transistoren Q1a und Q2a jeweils wenigstens zeitweise in ihren vorhergehenden Leitungszustanden verweilen, d.h. eingeschaltet und ausgeschaltet bleiben, und da das CLOCK-Signal um 0,7 Volt (d.h. 1 Vbe) abfällt, fallen die Spannungen an den Emittern E6b und E5b jeweils anfänglich um 0,7 Volt. Der Transistor Q5b wird daher leitend. Als Ergebnis steigt die Spannung an dem Emitter E5b auf 1,4 Volt. In Antwort darauf steigt die Spannung an der Basis B1a zur Zeit T1 auf 1,4 Volt, der Transistor Q1a wird leitend und der Transistor Q2a wird nicht leitend. Demgemäß fällt die Spannung an der Basis B3a auf 1,05 Volt (d.h. 2 Vbe - 1/2 Vbe) und die Spannung an der Basis B4a steigt auf 1,4 Volt (dh. 2 Vbe).

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In der Stufe 24b beträgt die Spannung zur Zeit T1 an dem Emitter E3b

1.4 Volt und die Spannung an dem Emitter E4b 1,05 Volt, da die Spannung an der Basis B3b um 0,7 Volt (d.h. 1 Vbe) auf 2,1 Volt und die Spannung an der Basis B4b um 0,7 Volt auf 1,75 Volt gestiegen war. Demgemäß sind der Transistor Q5a, dessen Basis nun an 1,5 Volt liegt und dessen Emitter an 1,4 Volt liegt und d'er Transistor Q6a, dessen Basis nun an 1,4 Volt liegt und dessen Emitter an 1,0 5 Volt liegt, in Aus-Richtung vorgespannt. Außerdem ist der Transistor Q2b eingeschaltet und der Transistor Q1b ausgeschaltet, wie dies zuvor vorausgesetzt wurde, weil die Spannung an dem Emitter E3b 1,4 Volt und die Spannung an dem Emitter E4b

.,05 Volt beträgt.

Zur Zeit T2 am Anfang eines dritten Taktintervalls C3 steigt das CLOCK-Signal um 0,7 Volt (d.h. 1 Vbe)· auf 2,1 Volt (d.h. 3 Vbe) und das CLOCK-Signal fällt um 0,7 Volt (d.h. 1 Vbe) auf 1,4 Volt (d.h. 2 Vbe) . Wie dies gezeigt wird, ändert die Stufe 24a ihre Zustände nicht, d.h der Transistor Q1b bleibt eingeschaltet und der Transistor Q2a bleibt ausgeschaltet. Die Spannung an den Basen B3a und B5a steigt jedoch um 0,7 Volt auf 1,75 Volt und die Spannung an den Basen B4a und B6a steigt um 0,7 Volt auf 2,1 Volt. Da die Transistoren Q3b und Q4b wenigstens zeitweise ihre vorhergehenden Zustände jeweils beibehalten, d.h. ausgeschaltet und eingeschaltet bleiben, fällt die Spannung an der Basis B3b anfänglich um 0,7 Volt auf 1,4 Volt und die Spannung an der Basis B4b anfänglich auf 1,05 Volt. Demgemäß versuchen die Spannungen ah dem Emitter E3b und der Basis B2b anfänglich auf 0^7 Volt zu fallen und die Spannungen an dem Emitter E4b und der Basis Bib versuchen auf 0,35

Volt zu fallen. Weil jedoch der Basis-Emitter-Übergang des Transistors Q6a in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, werden

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an dem Emitter E4b 1,4 Volt entwickelt. Demgemäß wird zur Zeit T2 der Transistor Q1b leitend geschaltet, der Transistor Q2b nicht leitend geschaltet, die an der Basis B4b entwickelte Spannung beträgt 1,05 Volt und die an der Basis B3b entwickelte Spannung beträgt 1,4 Volt.

In der Stufe 24a beträgt die Spannung an dem Emitter E5a zur Zeit T2 1,05 Volt, weil die Spannung an der Basis B3a auf 1,75 Volt angestiegen ist. In ähnlicher Weise beträgt die Spannung an dem Emitter E4a 1,4 Volt, weil die Spannung an der Basis B4a auf 2,1 Volt angestiegen ist. Als Ergebnis werden die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren Q5b und Q6b in Aus-Richtung vorgespannt. Demgemäß beträgt die Spannung am Emitter E5b 1,4 Volt und die Spannung am Emitter E6b beträgt 1,05 Volt. Außerdem bleibt der Transistor Q2a ausgeschaltet und der Transistor Q1a bleibt einge-Fchaltet, wie dies vorher vorausgesetzt wurde. Aus der vorhergehenden Diskussion geht hervor, daß, wenn das Taktsignal einer Stufe seinen hohen Pegel einnimmt, die Leitungszustände der Transistoren der Stufe in der Wanne 26, beispielsweise der Transistoren Q1a und Q2a, nicht geändert werden, daß aber einer der Emitterfolger in der Wanne 28,der die Stufe mit der nächsten Stufe verbindet, leitend geschalet wird. Beispeilsweise wird Q5a oder Q6a leitend, was von dem Leitungszustand dieser Stufe abhängt. Demgemäß werden die Leitungszustände dieser Stufe geändert und die Emitterfolger, die diese Stufe mit der nächsten Stufe verbinden, nicht leitend geschaltet, wenn die Taktleitung dieser Stufe ihren niedrigen Pegel einnimmt. Es wird auch festgestellt, daß die Leitungszustände zu denen sich eine Stufe hin verändert, von den Leitungszuständen der Transistoren in der vorhergehenden Stufe abhängen. Wenn beispielsweise der Transistor Q1a eingeschaltet und der Transistor Q2a ausgeschaltet ist, wenn das CLOCK-Signal tiefpegelig wird, werden der Transistor Q1b eingeschaltet und der Transistor Q2b

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ausgeschaltet. In dieser Weise wird der Zustand der ersten Stufe bis zu der letzten oder η-ten Stufe in n-Taktimpulsen übertragen, d.h. in der Zeit, die erforderlich ist, damit η positiv werdende Übergänge entweder des CLOCK-Signals oder des CLOCK-Signals erscheinen.

.Un zu erreichen daß sich eine Zustandsänderung aiirAusgang für jeden η-ten Taktimpuls ergibt,werden die Ausgangspunkte einer Stufe, beispielsweise die Kollektoren der Transistoren Q1b und Q2br auf invertierte Weise mit den Eingangspunkten der nächsten Stufe, beispielsweise den Basen der Transistoren Q1a und Q2a verbunden. Wenn daher das CLOCK-Signal tiefpegelig wird, wenn der Transistor Q1b ausgeschaltet und der Transistor Q2b eingeschaltet ist, wird der Transistor QIa eingeschaltet und der Transistor Q2a ausgeschaltet. Bei der Verwendung dieser allgemeinen Arbeitsprinzipien können die in der Figur 4 gezeigten grafischen Darstellungen der an E5a, E6a, E5b und E6b entwickelten Spannungsverlaufe für Taktintervalle C4 bis C7 vervollständigt werden, wenn der integrierte Kreis 10 lediglich zwei Stufen umfaßt.

Es wird außerdem festgestellt, daß Transistoren einer Stufe in der gemeinsamen Kollektor-Wanne 28, beispielsweise die Transistoren Q3a und Q4a, in einer vorspannenden Anordnung (biasing arrangement) enthalten sind, so daß während jedes Taktimpulses nur ein Transistor der Transistoren Q1a und Q2a eingeschaltet ist, während der andere Transistor in der Stufe ausgeschaltet ist. Als ein Ergebnis entspricht der Strom durch den Widerstand R5 η-mal dem Strom durch den Widerstand Ria, R3a usw.. Da das Verhältnis zwischen den Widerstandswerten der Widerstände R1a, R3a usw. und der Wert des Widerstandes R5 wünschenswerterweise - ist, wie dies voranstehend fest-

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gestellt wurde, ist die am Widerstand R5 entwickelte Spannung

immer Vbe und die an den Widerständen Ria, R3a usw. ent-

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wickelte Spannung 1/2 Vbe, wenn der entsprechende Transistor der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 eingeschaltet ist. Bei dieser Auswahl des Widerstandswerts des ?iiderstands R5 relativ zu dem Widerstandswert der Widerstände R1a, R3a usw. sind die durch die Transistoren in der Wanne 26 fließenden Ströme auf einen Wert begrenzt, der beträchtlich unter dem Kollektor-Emitter-Sättigungsstrom der Transistoren in der Wanne 26 liegt. Als Ergebnis werden die Transistoren in der Wanne 26 nicht in die Sättigung gesteuert und können daher bei relativ hohen Frequenzen arbeiten. Da die Widerstands-Verhältnisse im Vergleich mit absoluten Widerstandswerten in integrierten Kreisstrukturen leicht steuerbar sind, sind die Toleranzen der Widerstandswerte der Widerstände R5, EIa, R3a usw. in dem integrierten Kreis 10 relativ unbedeutend.

Der absolute Wert des Widerstands R5 wird als Kompromiss zwischen einem einerseits relativ hohen Wert zur Begrenzung des Leistungsverbrauchs des integrierten Kreises 10 und andererseits eines relativ kleinen Werts zur Erzeugung eines hinreichend großen Ströste für die Transistoren der Wanne 26 ausgewählt? um parasitäre kapazitive Elemente bei relativ großen Geschwindigkeiten zu steuern und um die Widerstandsgröße zu begrenzen» Die Widerstandswerte der Transistoren R2a, R4a usw. werden so ausgewählt, daß sie einen relativ großer Wert im Vergleich zu dem Wert der Widerstände R1a, R3a usw. haben. Diese Auswahl soll sicherstellen? daß die Transistoren Q3a, Q4a, Q5a und Q6a nicht in die Sättigung gesteuert werden. In der folgenden Tabelle sind typische Werte für den integrierten Kreis 10 angegeben.

Element Wert

PJa₄, R3a, etc, 2 kj2

E2a,, BAa _r etc. 15 kSL

R5 4/nkIL

·:- V -:-2,8 V

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Der in der Figur 5 dargestellte Kreis 18 des integrierten Kreises 1O enthält einen Mehrfach-Vbe-Spannungsversorgungskreis 52 und einen Taktverstärker 54. Der Spannungsversorgungskreis 52 leitet von der an den Leistungseingangsanschluß 12 angelegten Gleichspannung eine Versorgungsspannung von 4 Vbe für den Taktverstärker 54 ab. Der Spannungsversorgungskreis 52 kann eine beliebige Anzahl bekannter Kreise zur Ableitung von Versorgungsspannungen von einer relativ unregulierten Gleichspannung aufweisen, die im wesentlichen gleich den mehrfachen Werten eines Spannungsabfalls an einem Basis-Emitter-Übergang sind. Beispielsweise kann der Versorgungskreis 52 den in der US-PS 3 555 309 beschriebenen Kreistyp enthalten.

Praktischerweise kann auch'dieselbe für den Taktversiärker abgeleitete Versorgungsspannung, d.h. 4 Vbe, als die +V-Versorgungsspannung verwendet werden, die an den Rest des integrierten Kreises 10 über den Leiter 32 angelegt wird.

Der Taktverstärker 54 enthält einen NPN-Transistor Q7 und einen NPN-Transistor Q8, die zusammen mit Widerständen R6, R7 und R8 in der Weise eines Differentialverstärkers angeordnet sind= Die Basis des Transistors Q8 ist mit dem Kollektor eines NPN-Transistors Q9 verbunden, dessen Basis und dessen Kollektor miteinander verbunden sind, um eine Diode zu bilden. Der Kollektor des Transistors Q9 ist über einen Widerstand R9 mit der VersorgungsSpannungsleitung 32 verbunden» Der Emitter des Transistors Q9 ist mit dem Kollektor eines NPN-Transistors Q10 verbunden, dessen Basis und dessen Kollektor ebenfalls verbunden sind, um eine Diode zu bilden» Der Emitter des Transistors Q10 ist mit dem Erdleiter 34 verbunden. Der Emitter des Transistors Q9 ist ebenfalls über einen Wideräand R10 mit der Basis eines PNP-Transistors 011 verbunden, der mit den Widerständen R11 and R12 als ein Emitterfolger zwischen dem Takteingangsanschluß 16 und der Basis des Transistors Q7 geschaltet ist.

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Die Basis des Transistors Q11 ist über den Signaleingangsanschluß 16 und einen Kondensator C10 mit dem Ausgang einer Impulsquelle 56 verbunden. Der Kollektor des Transistors Q7 ist mit dem CLOCK-Leiter 38 über einen NPN-Transistor Q12 verbunden, der als Emitterfolger angeordnet ist. In einer ähnlichen Weise ist der Kollektor des Transistors Q8 mit dem CLOCK-Leiter 36 über einen NPN-Transistor Q13 verbunden, der ebenfalls als ein Emitterfolger angeordnet ist.

Eine Spannung von 2 Vbe wird infolge der Zusammenschaltung der Transistoren Q9 und Q10 an der Basis des Transistors Q8 und auch infolge der Zusamraenschaltung der Transistoren 010 und Q11 an der Basis des Transistors Q7 entwickelt.Als ein Ergebnis wird der Verstärker 54 symmetrisch vorgespannt. Wenn das Ausgangssignal derlmpulsquelle 56 ansteigt, wird der Transistor Q7 eingeschaltet und der Transistor Q8 ausgeschaltet. Wenn das Ausgangssignal der Impulsquelle 56 abfällt, wird der Transistor Q7 ausgeschaltet und der Transistor Q8 eingeschaltet.

Die an denEmittern der Transistoren Q7 und Q8 entwickelte Spannung beträgt 1 Vbe. Die Widerstände R6, R7 und R8 haben denselben Widerstandswert, beispielsweise 2 kjfL. Als ein Ergebnis wird 1 Vbe am Widerstand R6 erzeugt, wenn der Transistor Q7 eingeschaltet ist. Demgemäß beträgt die Spannung an dem Kollektor des Transistors Q7 3 Vbe und die Spannungan dem Emitter des Transistors Q12 beträgt 2 Vbe. Wenn der Transistor Q7 ausgeschaltet ist, wird im wesentlichen keine Spannung am Widerstand R6 erzeugt und die Spannungen an dem Kollektor des Transistors Ql und dem Emitter des Transistors Q12 betragen jeweils 4 Vbe und 3 Vbe. In analoger Weise variiert die an dem Emitter des Transistors Q13 erzeugte Spannung auch zwischen 3 Vbe und 2 Vbe.

Der Kreis 18 kann auf demselben Substrat wie der restliche

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Teil des integrierten Kreises 10 aufgebaut sein. Da in dem integrierten Kreis für Zähler mit einer relativ großen Stufenanzahl nur ein Kreis, wie der integrierte Kreis 18, verwendet wird, wird die Größe bzw. der Umfang des integrierten Kreises nicht wesentlich vergrößert . In dieser Verbindung wird auch festgestellt, daß andere signalverarbeitende Kreise sowohl analoger als auch digitaler Art, in ähnlicher Weise mit dem integrierten Kreis 10 mit wenigen, wenn überhaupt, Koppelelementen, vereinigt werden können.

Bei dem, was bisher unter ausdrücklicher Bezugnahme auf den integrierten Kreis 10 beschrieben wurde, handelt es sich um einen integrierten Kreis zum Teilen der Frequenz eines Wechselsignals, der eine relativ große Dichte infolge der Verwendung einer gemeinsamen Emitter-Wanne und einer gemeinsamen Kollektor-Wanne aufweist und der infolge der vorspannenden Anordnung mit Transistoren der gemeinsamen Kollektor-Wanne mit relativ hohen Geschwindigkeiten arbeiten kann.

Während die Kollektor-Widerstände der Transistoren in der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 in der oben beschriebenen Ausführungsform wünschenswerterweise so ausgewählt werden/ daß sie einen Wert aufweisen, der so beschaffen ist, daß die an ihnen erzeugte Spannung 1/2 Vbe beträgt, wenn der zugeordnete Transistor leitet, so daß nur einer der Transistoren in der Wanne 26 einer Stufe zu einer Zeit leitend ist, ist es nur bei der in der Figur 1 dargestellten besonderen Kreisanordnung erforderlich^ daß diese Spannung 1 Vbe nicht überschreitet» In der besonderen in der Figur 1 dargestellten Kreisanordnung ist es nur erforderlich, daß die Kollektor-Widerstände der Transistoren in der Wanne 26 einen Wert aufweisen, der kleiner ist als das raultiplikative Produkt von η und dem Wert des Widerstands R5« Die Auswahl des Wertes des Kollektor-

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Widerstandes der Transistoren in der Wanne 26 zu einem Wert, der annähernd gleich einer Hälfte des multiplikativen Produkts von η und des Wertes des Widerstandes R5 ist, stellt jedoch eine Toleranz sicher, die gut innerhalb der möglichen Änderungen von Vbe liegt.

Während die Erfindung so beschrieben wurde , daß sie Stufen mit ähnlichen Transistoren und Widerständen in den entsprechenden Kreisteilen aufweist, können auch Transistoren und Widerstände mit unterschiedlichen Charakteristiken und Werten in verschiedenen Stufen verwendet werden. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, wenn der integrierte Kreis zur Teilung der Frequenz eines relativ hohen Frequenz-Signals verwendet werden soll, daß die erste Stufe oder die ersten wenigen Stufen mit höheren Geschwindigkeiten arbeiten können als die restlichen Stufen. Um dies zu bewerkstelligen, sollten die Kollektor-Widerstände der Transistoren in der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 der vorhergehenden Stufen so ausgewählt sein, daß sie kleinere Werte als die Kollektor-Widerstände der Transistoren in der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 der späteren Stufen aufweisen. Die Emittersone der Transistoren in der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 der vorhergehenden Stufen sollten so ausgewählt werden, daß sie größer sind als die Emitterzonen der Transistoren in der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 der nachfolgenden Stufen. Bei einer solchen Anordnung ist es wünschenswert, daß die an den Kollektor-Widerständen der Transistoren in der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 in einer Stufe erzeugte Spannung noch annähernd gleich dem gewünschten Wert von 1/2 Vbe ist, wenn die zugeordneten Transistoren in der gemeinsamen Emitter-Wanne 26 leiten, daß die Kollektor-Widerstände der Stufe einen Wert RC aufweisen, der auf den Wert R5 des Widerstands R5 durch den Ausdruck:

R5 =2 RC (|| ) (1)

bezogen ist, wobei ES der gesamte Bereich der Emitter der beiden

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Transistoren in der Wanne 26 in der Stufe und ET der gesamte Emitterbereich aller Transistoren in der Wanne 26 ist.

Obwohl außerdem die Erfindung im Zusammenhang mit einem als Frequenzteiler dienenden integrierten Kreis in Form einer geschlossenen Schleife beschrieben wurde, kann eine ähnliche Struktur auch in der Form einer offenen Schleife, beispielsweise als ein Schieberegister, verwendet werden. Es kann außerdem derselbe Typ der Struktur in anderen geschlossenen Schleifen verwendet werden. Beispielsweise kann daran gedacht werden, daß ein logischer Schaltkreis zugefügt wird, um binäre Information zwischen in Kaskade geschaltete Stufen zu injizieren_r um beispielsweise einen dualen Moduldividierer zu bilden, der durch zwei Divisionsfaktoren teilen oder den Dividierer auf vorbestimmte Zählerstände zurücksetzen oder voreinstellen kann.

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Claims (10)

1. PATENTASrV7ALTB

   DR. DIETER V. BEZOLD ^ 3 ί Cf ί Ο Ο

   DIPL. ING. PETER SCHÜTZ . ING. WOLFGANG HEUSLER

   MAHIA-THERESIA-STHASSE 32

   POSTFACH 8606 68 D-80OO MUENCHEN 86

   TELEFON 089/470908 476310 TELEX 522038

   SOMBBZ

   RCA 71002 Dr.v.B/E
   US Ser.No. 904,849
   Filed: May 11, 1978

   RCA Corporation, N.Y. (V.St.A.)

   Frequenzteiler

   Patentansprüche

   M .* Integrierter Kreis zum Teilen der Frequenz eines Wechselsignals durch eine Zahl n, die wenigstens gleich 2 ist, bei demein Substrat aus einem Halbleitermaterial eines ersten Typs vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat erste und zweite Wannen aus einem Halbleitermaterial eines zweiten Typs angeordnet sind, daß die erste und die zweite Wanne durch einen aus einem Halbleitermaterial des ersten Typs bestehenden Bereich voneinander getrennt sind, daß eine erste Mehrzahl von bipolaren Transistoren mit Basis-„ Emitter- und Kollektor-

   S098A6/09S7

   POSTSCHECK MÜNCHEN NR. β 91 48 800 · BANKKONTO HYPOBANK MÜNCHEN (BKZ 700 ZOO 40) KTO. 606035 73

   zonen in der ersten Wanne ausgebildet sind, daß die erste Mehrzahl der Transistoren eine gemeinsame Emitterzone aufweist, daß eine zweite Mehrzahl von bipolaren Transistoren mit Basis-, Emitter- und Kollektorzonen in der zweiten Wanne ausgebildet sind, daß die zweite Mehrzahl der Transistoren eine gemeinsame Kollektorzone aufweist , daß eine erste und eine zweite Betriebspotentialquelle vorgesehen sind, daß die erste Betriebspotentialquelle mit der gemeinsamen Kollektorzone der zweiten Wanne verbunden ist, daß eine Takteinrichtung zur Erzeugung erster und zweiter zueinander komplementärer Taktsignale vorgesehen ist, daß die komplementären Taktsignale in Antwort auf das Wechselsignal erste und zweite vorbestimmte Pegel aufweisen, daß n-Stufen in Kaskade geschaltet sind, daß bei jeder Stufe wenigstens zwei Transistoren der ersten Wanne mit wenigstens zwei Transistoren der zweiten Wanne über Kreuz verbunden sind, um ein Flip-Flop zu bilden, daß jede zweite Stufe der Stufen mit dem ersten Taktsignal verbunden ist, daß die restlichen Stufen der Stufen mit dem zweiten Taktsignal verbunden sind, daß jede Stufe eine Einrichtung zum Vorspannen aufweist, die wenigstens zwei Transistoren der zweiten Wanne in der Stufe enthält, um zu bewirken, daß unabhängig von dem Pegel der zugeordneten ersten und zweiten Taktsignale nur einer der beiden Transistoren der ersten Wanne in der Stufe einen Strom, der kleiner als der Sättigungsstrom ist, leitet und der andere der beiden Transistoren der ersten Wanne in der Stufe nicht leitet, daß eine Koppeleinrichtung zum Koppeln von Signalen, die den leitenden Zustand der beiden Transistoren der ersten Wanne in der Stufe darstellen, an die nächste Stufe in Antwort auf einen der vorbestimmten Pegel des zugeordneten Taktsignals des ersten und zweiten Taktsignals vorgesehen ist, und daß zwei Transistoren der ersten Wanne der nächsten Stufe in Antwort darauf ihre leitenden Zustände ändern.

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2. 2. Integrierter Kreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Stufe jeder der beiden Transistoren der ersten Wanne in einer gemeinsamen Emitterverstärkerstruktur angeordnet istr die an ihrer Basiszone einen Eingang und an ihrer Kollektorzone einen Ausgang aufweist, daß jeder der beiden Transistoren der zweiten Wanne in einer Emitterfolger-Verstärkerstruktür enthalten ist,die einen Eingang an ihrer Basiszone und einen Ausgang an ihrer Emitterzone aufweist, daß der Ausgang eines der Emitterfolger-Verstärker an den Eingang eines der gemeinsamen Emitterverstärker gleichstromgekoppelt ist, daß der Ausgang des einen gemeinsamen Emitterverstärkers an den Eingang des anderen Emitterfolger-Verstärkers gleichstromgekoppelt ist, daß der Ausgang des anderen Emitterfolger-Verstärkers an den Eingang des anderen gemeinsamen Emitterverstärkers gleichstromgekoppelt ist, daß der Ausgang des anderen gemeinsamen Emitterverstärkers an den Eingang des einen Emitterfolger-Verstärkers gleichstromgekoppelt ist, daß die Koppeleinrichtung zusätzlich zwei Transistoren der zweiten Wanne aufweist, und daß jeder Transistor der zusätzlichen Transistoren in einer Emitterfolgerstruktür enthalten ist, die zwischen den Emitter eine der beiden Transistoren der Stufe in der zweiten Wanne und dem Emitter eines der beiden Transistoren der nächsten Stufe gleichstromgekoppelt ist.
3. 3. Integrierter Kreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Stufen einen ersten, zweiten, dritten,vierten, fünften und sechsten bipolaren Transistor desselben Leitungstyps aufweist, daß der erste und der zweite Transistor in der ersten Wanne ausgebildet sind, daß der dritte, vierte, fünfte und sechste Transistor in der zweiten Wanne ausgebildet sind, daß die Kollektorzone des ersten Transistors an die Basiszone des dritten Transistors gleichstromgekoppelt ist, daß die Kollektorzone des zweiten Transistors

   S09846/09S7

   -A-

   an die Basiszone des vierten Transistors gleichstromgekoppelt ist, daß die Emitterzone des vierten Transistors an die Basiszone des ersten Transistors gleichstromgekoppelt ist, daß die Emitterzone des dritten Transistors an die Basiszone des zweiten Transistors gleichstromgekoppelt ist, daß ein erster Widerstand zwischen die Basiszone des dritten Transistors und die Takteinrichtung gleichstromgekoppelt ist,um ein Taktsignal des ersten und zweiten Taktsignals zu empfangen, daß ein zweiter Widerstand- zwischen die Emitterzone des dritten Transistors und die zweite Quelle für das zweite Betriebspotential gleichstromgekoppelt ist, daß ein dritter Widerstand,dessen Wert im wesentlichen dem Wert des ersten Widerstandes gleicht,zwischen die Basiszone des vierten Transistors und die Takteinrichtung gleichstromgekoppelt ist, um das eine Taktsignal des ersten und des zweiten Taktsignals zu empfangen, daß ein vierter Widerstand zwischen die Emitterzone des vierten Transistors und die zweite Quelle für das zweite Betriebspotential gleichstromgekoppelt ist, daß die Basiszone des fünften Transistors an die Basiszone des dritten Transistors gleichstromgekoppelt ist, daß die Basiszone des sechsten Transistors an die Basiszone des vierten Transistors gleichstromgekoppelt ist , daß η-Stufen in Kaskade geschaltet sind, daß dabei die Emitterzonen der fünften und sechsten Transistoren jeder n-1-ten Stufe der Stufen jeweils an die Emitterzonen des dritten und vierten Transistors der nächsten Stufe gleichstromgekoppelt sind, daß die Emitterzone des fünften und sechsten Transistors der übrig bleibenden Stufe jeweils an die Emitterzone des vierten und dritten Transistors der nächsten Stufe gleichstromgekoppelt sind und daß ein fünfter Widerstand zwischen die gemeinsame Emitterzone der ersten Wanne und die Quelle für das zweite Betriebspotential gleichstromgekoppelt ist.

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4. 4. Integrierter Kreis nach Anspruch 3_P dadurch gekennzeichnet, daß die Takteinrichtung bewirkt, daß die Differenz zwischen dem ersten und zweiten vorbestimmten Pegel des ersten und zweiten Taktsignals im wesentlichen gleich Vbe ist, wobei Vbe die zwischen den Basiszonen und den Emitterzonen der Mehrzahl der Transistoren in der ersten Wanne erzeugte Spannung ist, wenn die Transistoren leitend sind, und daß die ersten und dritten Widerstände Werte aufweisen, die kleiner sind als das multiplikative Produkt von η und dem Wert des fünften Widerstands.
5. 5. Integrierte Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der dritte Widerstand Werte aufweisen, die wenigstens annähernd gleich dem multiplikativen Produkt von n/2 und dem Wert des fünften Widerstands sind.
6. 6. Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorzone des ersten Transistors direkt mit der Basiszone des dritten Transistors verbunden ist, daß die Kollektorzone des zweiten Transistors direkt mit der Basiszone des vierten Transistors verbunden ist, daß die Emitterzone des vierten Transistors direkt mit der Basiszone des ersten Transistors verbunden ist, daß die Emitterzone des dritten Transistors direkt mit der Basiszone des zweiten Transistors verbunden ist, daß der erste Widerstand direkt zwischen die Basiszone des dritten Transistors und die Takteinrichtung geschaltet ist, um ein Taktsignal des ersten und des zweiten Taktsignals zu empfangen, daß der zweite Widerstand direkt zwischen die Emitterzone des dritten Transistors und die zweite Quelle für das zweite Betriebspotential verbunden ist, daß der dritte Widerstand direkt zwischen die Basiszone des vierten Transistors und die Takteinrichtung geschaltet ist, um das eine Taktsignal des ersten und zweiten Taktsignals zu empfangen, daß der

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   vierte Widerstand direkt zwischen die Emitterzone des vierten Transistors und die zweite Quelle für das zweite Betriebspotential geschaltet ist, daß die Basiszone des fünften Transistors direkt mit der Basiszone des dritten Transistors verbunden ist, daß die Basiszone des sechsten Transistors direkt mit der Basiszone des vierten Transistors verbunden ist, daß die Emitterzonen des fünften und sechsten Transistors jeder der n-1-Stufen jeweils direkt mit den Emitterzonen des dritten und vierten Transistors der nächsten Stufe verbunden ist, daß die Emitterzonen des fünften und sechsten Transistors der restlichen Stufe jeweils direkt mit den Emitterzonen des vierten und dritten Transistors der nächsten Stufe verbunden ist, daß der fünfte Widerstand direkt zwischen die gemeinsame Emitterzone der ersten Wanne und die Quelle für das zweite Betriebspotential geschaltet ist, und daß die Takteinrichtung bewirkt, daß der erste vorbestimmte Pegel im wesentlichen gleich 2 Vbe ist und daß der zweite vorbestimmte Pegel im wesentlichen gleich 3 Vbe. ist.
7. 7. Integrierter Kreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Widerstand einen Bereich aus Halbleitermaterial des ersten . Typs in der zweiten Wanne aufweist.
8. 8. Integrierte Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte und fünfte Transistor eine gemeinsame Basiszone teilen und daß der vierte und sechste Transistors eine andere gemeinsame Basiszone teilen.
9. 9. Integrierte Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Halbleitermaterial des ersten Typs um ein P- Material und bei dem Halbleitermaterial des zweiten Typs um ein N-Material handelt, daß

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   der die erste und die zweite Wanne trennende Bereich aus einem Material des P+-Typs besteht, daß die Transistoren in der ersten und zweiten Wanne NPN-TEansistoren sind und daß ein Bereich aus einem Material des N+-Typs wenigstens einen Teil jedes der Transistoren in der ersten Wanne umgibt.
10. 10. Integrierter Kreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die erste und die zweite Wanne trennende Bereich eine Breite aufweist, die wenigstens annähernd zweimal so groß ist wie die Breite der die Transistoren der ersten Wanne umgebende Bereiche.

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