PL248470B1 - Bistable flip-flop - Google Patents

Bistable flip-flop

Info

Publication number
PL248470B1
PL248470B1 PL445769A PL44576923A PL248470B1 PL 248470 B1 PL248470 B1 PL 248470B1 PL 445769 A PL445769 A PL 445769A PL 44576923 A PL44576923 A PL 44576923A PL 248470 B1 PL248470 B1 PL 248470B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
transistors
pair
transistor
drains
drain
Prior art date
Application number
PL445769A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL445769A1 (en
Inventor
Piotr Z. Wieczorek
Krzysztof Gołofit
Original Assignee
Amorphic Tech Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Politechnika Warszawska
Talkin Things Spolka Akcyjna
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Amorphic Tech Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia, Politechnika Warszawska, Talkin Things Spolka Akcyjna filed Critical Amorphic Tech Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority to PL445769A priority Critical patent/PL248470B1/en
Publication of PL445769A1 publication Critical patent/PL445769A1/en
Priority to PCT/IB2024/057516 priority patent/WO2025032464A1/en
Publication of PL248470B1 publication Critical patent/PL248470B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/023Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of differential amplifiers or comparators, with internal or external positive feedback
    • H03K3/0233Bistable circuits
    • H03K3/02332Bistable circuits of the primary-secondary type
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/023Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of differential amplifiers or comparators, with internal or external positive feedback
    • H03K3/0233Bistable circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/027Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of logic circuits, with internal or external positive feedback
    • H03K3/037Bistable circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/353Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of field-effect transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/356Bistable circuits
    • H03K3/3562Bistable circuits of the primary-secondary type

Landscapes

  • Logic Circuits (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Abstract

Przerzutnik bistabilny posiada dwie pary tranzystorów (T2, T3), (T7, T8), których dreny dołączone są do zacisku zasilającego (HRV) poprzez rezystory (R1, R2, R3, R4). W parach tych tranzystory są połączone ze sobą źródłami i dołączone są do masy układu (gnd), a każda bramka tranzystora dołączona jest do drenu drugiego tranzystora w danej parze. Przerzutnik posiada kolejne dwie pary tranzystorów (T1, T4), (T6, T9), gdzie tranzystory w parach są połączone ze sobą źródłami (T1, T4), (T6, T9), a połączone źródła są dołączone do masy układu (gnd) poprzez tranzystory zegarowe (T5), (T10). Bramki tranzystorów zegarowych (T5), (T10) dołączone są do zacisków wejściowych: niezanegowanego (CLK) i zanegowanego (nCLK). Dreny tranzystorów trzeciej i czwartej pary (T1, T4), (T6, T9) dołączone są kolejno do drenów tranzystorów pierwszej i drugiej pary (T2, T3), (T7, T8). Natomiast bramki tranzystorów trzeciej pary (T1, T4) dołączone są kolejno do drenów tranzystorów czwartej pary (T6, T9), podczas gdy bramki tranzystorów czwartej pary (T6, T9) dołączone są w odwrotnej kolejności do drenów tranzystorów trzeciej pary (T1, T4). Zaciski wyjściowe niezanegowany (Q) i zanegowany (nQ) dołączone są kolejno do drenów drugiego tranzystora czwartej pary (T9) i pierwszego tranzystora czwartej pary (T6). Ponadto, do drenu drugiego tranzystora zegarowego (T10) dołączony jest zacisk wstrzykiwania ładunku (CI).The flip-flop has two pairs of transistors (T2, T3), (T7, T8), whose drains are connected to the supply terminal (HRV) via resistors (R1, R2, R3, R4). In these pairs, the transistors are connected to each other through their sources and connected to the circuit ground (GND), and each transistor's gate is connected to the drain of the other transistor in the pair. The flip-flop has two further pairs of transistors (T1, T4), (T6, T9), where the transistors in the pairs are connected to each other through their sources (T1, T4), (T6, T9), and the combined sources are connected to the circuit ground (GND) via clock transistors (T5), (T10). The gates of clock transistors (T5), (T10) are connected to the non-inverted (CLK) and inverted (nCLK) input terminals. The drains of transistors in the third and fourth pairs (T1, T4), (T6, T9), and (T7, T8) are connected sequentially to the drains of transistors in the first and second pairs (T2, T3), and (T7, T8). The gates of the third pair (T1, T4) are connected sequentially to the drains of transistors in the fourth pair (T6, T9), while the gates of the fourth pair (T6, T9) are connected in reverse order to the drains of transistors in the third pair (T1, T4). The unnegated (Q) and negated (nQ) output terminals are connected sequentially to the drains of the second transistor in the fourth pair (T9) and the first transistor in the fourth pair (T6). In addition, the charge injection (CI) terminal is connected to the drain of the second clock transistor (T10).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest przerzutnik bistabilny typu master-slave zwłaszcza do dzielników częstotliwości stosowanych w znacznikach RFID NFC.The subject of the invention is a master-slave type bistable flip-flop, especially for frequency dividers used in NFC RFID tags.

Znany jest z niemieckiego wynalazku DE102004009283A1 przerzutnik bistabilny typu masterslave, w którym odwrócenie między blokiem nadrzędnym i podrzędnym (1, 2) nie odbywa się przez włączanie i wyłączanie odpowiednich źródeł prądu w rzeczywistym sensie, ale raczej przez wywieranie odwracającego prądu kompensacyjnego. Prąd kompensacji jest używany do kompensacji prądu tych źródeł prądu, których związany z nimi stopień różnicowy lub podtrzymujący (3, 4, 5, 6) jest wyłączony. Dzięki zaproponowanej zasadzie możliwe jest zmniejszenie napięcia zasilania i jednoczesne utworzenie dzielnika częstotliwości dla zakresu gigaherców dzięki niskim pojemnościom pasożytniczym układu, który można w pełni zintegrować w technologii układów MOS.German invention DE102004009283A1 describes a master-slave bistable flip-flop in which the inversion between the master and slave blocks (1, 2) is not achieved by switching the corresponding current sources on and off in the real sense, but rather by applying an inverting compensation current. This compensation current is used to compensate the current of these current sources whose associated differential or holding stage (3, 4, 5, 6) is turned off. The proposed principle allows for a reduced supply voltage and, at the same time, a frequency divider for the gigahertz range thanks to the low parasitic capacitances of the circuit, which can be fully integrated using MOS circuit technology.

W szczególności, układ przerzutnika znany z tego wynalazku posiada dwie pary układów różnicowych, w których tranzystory MOS tego samego typu połączone są źródłami oraz których dreny dołączone są do napięcia zasilania poprzez rezystory, gdzie bramki tranzystorów dołączone są do drenów komplementarnych tranzystorów w parze i których bramki są dołączone są wzajemnie do drenów kolejnych tranzystorów w innej parze. Przerzutnik posiada także trzecią i czwartą parę tranzystorów, w których tranzystory MOS tego samego typu połączone są źródłami oraz których dreny dołączone są do kolejno do drenów tranzystorów pierwszych dwóch par. Natomiast bramki tranzystorów trzeciej pary dołączone są kolejno do drenów tranzystorów czwartej pary, a bramki tranzystorów czwartej pary dołączone są w odwrotnej kolejności do drenów tranzystorów trzeciej pary.In particular, the flip-flop circuit known from this invention has two pairs of differential circuits in which MOS transistors of the same type are connected to the sources and whose drains are connected to the supply voltage through resistors. The gates of the transistors are connected to the drains of complementary transistors in a pair, and whose gates are connected to the drains of subsequent transistors in another pair. The flip-flop also has a third and fourth pair of transistors in which MOS transistors of the same type are connected to the sources and whose drains are connected sequentially to the drains of the transistors of the first two pairs. The gates of the transistors of the third pair are connected sequentially to the drains of the transistors of the fourth pair, and the gates of the transistors of the fourth pair are connected in reverse order to the drains of the transistors of the third pair.

Znany jest w stanie techniki dzielnik Millera, na przykład z publikacji Meister, T, Ishida, K., Sou, A., Carta, C, & Ellinger, F. „3.93-MHz/328-nW dynamie frequency divider in flexible a-IGZO TFT technology”, IEEE Solid-State Circuits Letters, 3, pp. 134-137, 2020, DOI: 10.1109/LSSC.2020.3008027, w której przedstawiono implementację dynamicznego dzielnika częstotliwości w technologii w pełni elastycznego amorficznego indowo-galowego tlenkowo cynkowego (a-IGZO) tranzystora cienkowarstwowego (TFT) na podłożu poliamidowym poniżej 15 μm. Ten dzielnik częstotliwości jest regeneracyjny i jest również znany jako dzielnik Millera. Posiada on różnicowe wejścia i różnicowe wyjścia oraz przynajmniej jeden układ różnicowy, w którym tranzystory a-IGZO TFT typu „n” połączone są źródłami oraz których dreny dołączone są do napięcia zasilania poprzez rezystory. Publikacja pokazuje, że przedstawiony układ jest bardziej energooszczędny niż poprzednie prace w podobnych technologiach i że może być używany jako czwarty i późniejszy stopień dzielnika częstotliwości w znaczniku RFID lub NFC 13,56 MHz.The Miller divider is known in the art, for example from Meister, T, Ishida, K., Sou, A., Carta, C, & Ellinger, F. "3.93-MHz/328-nW dynamic frequency divider in flexible a-IGZO TFT technology", IEEE Solid-State Circuits Letters, 3, pp. 134-137, 2020, DOI: 10.1109/LSSC.2020.3008027, which presents an implementation of a dynamic frequency divider in fully flexible amorphous indium-gallium-zinc-oxide (a-IGZO) thin-film transistor (TFT) technology on a sub-15 μm polyimide substrate. This frequency divider is regenerative and is also known as a Miller divider. It has differential inputs and differential outputs, and at least one differential circuit in which a-IGZO TFT "n"-type transistors are connected at the sources and whose drains are connected to the supply voltage via resistors. The paper demonstrates that the presented circuit is more energy-efficient than previous work in similar technologies and that it can be used as a fourth and later frequency divider stage in a 13.56 MHz RFID or NFC tag.

Znany jest z japońskiego wynalazku JPH0730381A przerzutnik bistabilny typu master-slave. Celem wynalazku było uzyskanie przerzutnika typu master-slave, w który można zwiększyć maksymalną częstotliwość, bez wzrostu powierzchni układu i bez wzrostu zużycia energii. Przerzutnik bistabilny typu master-slave obwód zatrzaskowy po stronie master 100 wyposażony w wiele tranzystorów FET, obwód zatrzaskowy po stronie slave 200 i obwód buforowy 300. Szerokości bramek tranzystorów FET tworzących obwód zatrzaskowy po stronie master 100, obwód zatrzaskowy po stronie slave 200 i obwód buforowy 300 są tak określone, że obciążalność wyjść obwodu zatrzaskowego po stronie master 100 staje się równa obciążalności obwodu zatrzasku po stronie slave 200.A master-slave flip-flop is known from the Japanese invention JPH0730381A. The aim of the invention was to create a master-slave flip-flop that could increase the maximum frequency without increasing the circuit area or increasing power consumption. The master-slave flip-flop comprises a master-side latch circuit 100 equipped with multiple FET transistors, a slave-side latch circuit 200, and a buffer circuit 300. The gate widths of the FET transistors forming the master-side latch circuit 100, the slave-side latch circuit 200, and the buffer circuit 300 are determined so that the output load capacity of the master-side latch circuit 100 becomes equal to the load capacity of the slave-side latch circuit 200.

Znane są w stanie techniki, w szczególności w inżynierii dotyczącej elektroniki, systemy (zdalnej) identyfikacji radiowej RFID (od ang. radio-frequency identification), a w szczególności komunikacja bliskiego zasięgu NFC (od ang. near-field communication). Znane są w stanie techniki tranzystory połowę (FET - od ang. field-effect transistor) z izolowaną bramką, tranzystory cienkowarstwowe (TFT - od ang. thin-film transistor), jak również tranzystory oparte na indowo-galowym tlenku cynku (IGZO lub InGaZnO - od ang.: indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), oxygen (O)). Wiadome też jest, że oznaczenie drenu i źródła tych tranzystorów jest umowne, gdyż ze względu na symetryczną budowę tranzystora zamiana tych oznaczeń nie zmienia funkcjonalności tranzystora czy układu, w którym się on znajduje - nazewnictwo to ma jednak charakter porządkujący.Known in the art, particularly in electronics engineering, are (remote) RFID (radio-frequency identification) systems, and in particular NFC (near-field communication). Known in the art are insulated-gate field-effect transistors (FETs), thin-film transistors (TFTs), as well as transistors based on indium gallium zinc oxide (IGZO or InGaZnO - from indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), oxygen (O)). It is also known that the drain and source designations of these transistors are conventional, because due to the transistor's symmetrical structure, swapping these designations does not change the functionality of the transistor or the circuit in which it is located – however, this nomenclature is for clarity purposes.

Celem wynalazku jest stworzenie szybkiego przerzutnika dla dzielnika, który rozwiąże problem zbyt powolnego działania technologii a-IGZO TFT dla celów RFID i NFC, przy stosunkowo małym zapotrzebowaniu na moc, małej powierzchni układu oraz małej wrażliwości na zakłócenia napięcia zasilania.The aim of the invention is to create a fast flip-flop for a divider that will solve the problem of too slow operation of a-IGZO TFT technology for RFID and NFC purposes, with relatively low power demand, small system area and low sensitivity to supply voltage disturbances.

Istota rozwiązania polega na tym, że w przerzutniku bistabilnym posiadającym pierwszą parę tranzystorów i drugą parę tranzystorów, gdzie dreny tranzystorów dołączone są do zacisku zasilającego poprzez rezystory, w których to parach tranzystory są połączone ze sobą źródłami, a każda bramka tranzystora dołączona jest do drenu drugiego tranzystora w danej parze, oraz posiadającym trzecią parę tranzystorów i czwartą parę tranzystorów, gdzie tranzystory w parach są połączone ze sobą źródłami, a połączone źródła są dołączone do drenów tranzystorów zegarowych tak, że źródła trzeciej pary tranzystorów dołączone są do tranzystora zegarowego, którego bramka dołączona jest do zacisku wejściowego niezanegowanego, a źródła czwartej pary tranzystorów dołączone są do tranzystora zegarowego, którego bramka dołączona jest do zacisku wejściowego zanegowanego, przy czym dreny tranzystorów trzeciej pary dołączone są kolejno do drenów tranzystorów pierwszej pary, a dreny tranzystorów czwartej pary dołączone są kolejno do drenów tranzystorów drugiej pary, natomiast bramki tranzystorów trzeciej pary dołączone są kolejno do drenów tranzystorów czwartej pary, a bramki tranzystorów czwartej pary dołączone są w odwrotnej kolejności do drenów tranzystorów trzeciej pary, gdzie zacisk wyjściowy niezanegowany dołączony jest do drenu drugiego tranzystora czwartej pary, a zacisk wyjściowy zanegowany dołączony jest do drenu pierwszego tranzystora czwartej pary, zgodnie z wynalazkiem, źródła tranzystorów pierwszej i drugiej pary dołączone są do masy układu oraz źródła tranzystorów zegarowych dołączone są do masy układu, a do drenu drugiego tranzystora zegarowego dołączony jest zacisk wstrzykiwania ładunku.The essence of the solution is that in a bistable flip-flop having a first pair of transistors and a second pair of transistors, where the drains of the transistors are connected to the supply terminal through resistors, in which pairs the transistors are connected to each other by sources, and each transistor gate is connected to the drain of the second transistor in a given pair, and having a third pair of transistors and a fourth pair of transistors, where the transistors in the pairs are connected to each other by sources, and the combined sources are connected to the drains of the clock transistors so that the sources of the third pair of transistors are connected to the clock transistor whose gate is connected to the non-negated input terminal, and the sources of the fourth pair of transistors are connected to the clock transistor whose gate is connected to the negated input terminal, wherein the drains of the transistors of the third pair are connected in turn to the drains of the transistors of the first pair, and the drains The transistors of the fourth pair are connected in sequence to the drains of the transistors of the second pair, while the gates of the transistors of the third pair are connected in sequence to the drains of the transistors of the fourth pair, and the gates of the transistors of the fourth pair are connected in reverse order to the drains of the transistors of the third pair, wherein the non-negated output terminal is connected to the drain of the second transistor of the fourth pair, and the negated output terminal is connected to the drain of the first transistor of the fourth pair, according to the invention, the sources of the transistors of the first and second pair are connected to the circuit ground, and the sources of the clock transistors are connected to the circuit ground, and the charge injection terminal is connected to the drain of the second clock transistor.

Efektem technicznym takiego układu jest to, że przerzutnik jest dwustopniowy, różnicowy, typu D oraz nie wymaga dodatkowych podukładów, dzięki czemu cechuje się bardzo małą liczbą podzespołów, a ponadto jest szybki i oszczędny energetycznie.The technical effect of such a system is that the flip-flop is two-stage, differential, D-type and does not require additional subsystems, so it has a very small number of components and is also fast and energy-efficient.

Natomiast możliwość wstrzykiwania ładunku pozwala na uzyskanie dodatkowej szybkości układu.However, the ability to inject charge allows for additional system speed.

Korzystnie, przerzutnik wyposażony jest w zacisk wejściowy ustawiania, który dołączony jest do bramek dwóch tranzystorów, których źródła dołączone są do masy układu, a dren pierwszego tranzystora dołączony jest do drenu pierwszego tranzystora czwartej pary, natomiast dren drugiego tranzystora dołączony jest do drenu pierwszego tranzystora trzeciej pary. Dzięki temu możliwe jest wstępne ustawienie wartości logicznej przerzutnika.Preferably, the flip-flop is equipped with a set input terminal connected to the gates of two transistors, whose sources are connected to the circuit ground. The drain of the first transistor is connected to the drain of the first transistor of the fourth pair, while the drain of the second transistor is connected to the drain of the first transistor of the third pair. This allows for pre-setting of the flip-flop's logical value.

Korzystnie, przerzutnik pracuje zasadniczo na częstotliwości 13,56 MHz sygnału wejściowego. Dzięki temu możliwe jest zastosowanie układu do realizacji standardu NFC.Advantageously, the flip-flop operates primarily at a 13.56 MHz input signal frequency. This allows the system to be used to implement the NFC standard.

Korzystnie, napięcie zasilania układu jest napięciem pochodzącym z harwestowania sygnału radiowego. Napięcie pochodzące z harwestowania sygnału radiowego zwykle jest napięciem dalekim do idealnego napięcia zasilania, gdyż jest zniekształcone sygnałem o częstotliwości fali nośnej, a jego zasadnicza amplituda może się zmieniać w zależności od odległości anteny od źródła, odbieranej modulacji oraz przeprowadzanej modulacji. W związku z tym układ musi być odporny na tego typu zakłócenia i zaburzenia.Preferably, the system's power supply voltage is the voltage derived from the radio signal harvesting. The voltage derived from the radio signal harvesting is usually far from the ideal supply voltage because it is distorted by the carrier frequency signal, and its fundamental amplitude can vary depending on the antenna's distance from the source, the received modulation, and the modulation being performed. Therefore, the system must be immune to such interference and disturbances.

Korzystnie, wszystkie tranzystory w układzie są tranzystorami FET typu „n”. Zastosowanie jednego typu tranzystorów polowych FET z izolowaną bramką upraszcza proces technologiczny realizacji układu.Preferably, all transistors in the circuit are "n" type FETs. The use of a single type of FET with an insulated gate simplifies the technological process of implementing the circuit.

Korzystnie, wszystkie tranzystory w układzie są tranzystorami typu TFT. Zastosowanie tranzystorów cienkowarstwowych TFT pozwala na wykonanie taniego i/lub giętkiego układu scalonego.Preferably, all transistors in the circuit are TFTs. The use of TFTs allows for the construction of a low-cost and/or flexible integrated circuit.

Korzystnie, kanały tranzystorów wykonane są z amorficznego materiału półprzewodnikowego. Zastosowanie amorficznego materiału półprzewodnikowego zapewnia niski koszt wytwarzania tranzystorów (w relatywnie niskich temperaturach).Preferably, the transistor channels are made of an amorphous semiconductor material. The use of amorphous semiconductor material ensures low-cost transistor fabrication (at relatively low temperatures).

Korzystnie, tranzystory zawierają indowo-galowy tlenek cynku. Zastosowanie indowo-galowego tlenku cynku (IGZO) zapewnia relatywnie wysoki parametr mobilności nośników.Preferably, the transistors contain indium gallium zinc oxide. The use of indium gallium zinc oxide (IGZO) provides a relatively high carrier mobility parameter.

Korzystnie, tranzystory pierwszej i drugiej pary są takie same pod względem stosunku szerokości do długości kanałów. Tranzystory trzeciej pary są takie same pod względem stosunku szerokości do długości kanałów, przy czym stosunek ten jest od 2 do 4 razy większy w odniesieniu do pierwszych dwóch par. Tranzystory czwartej pary są takie same pod względem stosunku szerokości do długości kanałów, przy czym stosunek ten jest od 1,5 do 2,5 razy większy w odniesieniu do pierwszych dwóch par. Tranzystory zegarowe mają stosunek szerokości do długości kanałów od 3 do 5 razy większy w odniesieniu do pierwszych dwóch par. Takie stosunki wymiarów tranzystorów zapewniają minimalizację czasu ustalania i podtrzymania przy wpisywaniu danych do sekcji master i slave. Ponadto moc spoczynkowa przerzutnika jest mała.Preferably, the transistors of the first and second pairs are identical in their channel width-to-length ratio. The transistors of the third pair are identical in their channel width-to-length ratio, with this ratio being 2 to 4 times greater than the first two pairs. The transistors of the fourth pair are identical in their channel width-to-length ratio, with this ratio being 1.5 to 2.5 times greater than the first two pairs. The clock transistors have a channel width-to-length ratio 3 to 5 times greater than the first two pairs. These transistor dimensional ratios minimize the settling and hold times when writing data to the master and slave sections. Furthermore, the quiescent power of the flip-flop is low.

Przykład wykonania został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy bistabilnego przerzutnika.An example of the implementation is shown in the drawing, where Fig. 1 shows a schematic diagram of a bistable flip-flop.

Przerzutnik bistabilny w przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1 posiada pierwsze dwie pary tranzystorów T2 i T3 oraz T7 oraz T8 połączone drenami tranzystorów do zacisku zasilającego HRV przez rezystory R1, R2, R3 i R4. Tranzystory w parach połączone są ze sobą źródłami T2 i T3 oraz T7 i T8, które dołączone są do masy gnd. Każda bramka tranzystora dołączona jest do drenu drugiego tranzystora w danej parze. Przerzutnik posiada także kolejne dwie pary tranzystorów T1 i T4 oraz T6 i T9, gdzie tranzystory w parach są połączone ze sobą źródłami, a źródła dołączone są do drenów tranzystorów zegarowych T5 i T10, których źródła dołączone są do masy gnd. Bramka pierwszego z tranzystorów zegarowych T5 dołączona jest do zacisku wejściowego niezanegowanego CLK przerzutnika, a bramka drugiego T10 do zacisku wejściowego zanegowanego nCLK. Dreny tranzystorów trzeciej pary T1 i T4 dołączone są kolejno do drenów tranzystorów pierwszej pary T2 i T3. Dreny tranzystorów czwartej pary T6 i T9 dołączone są kolejno do drenów tranzystorów drugiej pary T7 i T8. Bramki tranzystorów trzeciej pary T1 i T4 dołączone są kolejno do drenów tranzystorów czwartej pary T6 i T9, a bramki tranzystorów czwartej pary T6 i T9 dołączone są w odwrotnej kolejności do drenów tranzystorów trzeciej pary T1 i T4. Zacisk wyjściowy niezanegowany Q przerzutnika dołączony jest do drenu drugiego tranzystora czwartej pary T9, a zacisk wyjściowy zanegowany nQ dołączony jest do drenu pierwszego tranzystora czwartej pary T6. Do drenu drugiego tranzystora zegarowego T10 dołączony jest zacisk wstrzykiwania ładunku Cl. Przerzutnik wyposażony jest także w zacisk wejściowy ustawiania Set, który dołączony jest do bramek dwóch tranzystorów Ts1 i Ts2, których źródła dołączone są do masy układu, a dren pierwszego tranzystora Ts1 dołączony jest do drenu pierwszego tranzystora czwartej pary T6, natomiast dren drugiego tranzystora Ts2 dołączony jest do drenu pierwszego tranzystora trzeciej pary T1.The bistable flip-flop in the embodiment shown in Fig. 1 has the first two pairs of transistors, T2 and T3, and T7 and T8, connected by their drains to the HRV supply terminal through resistors R1, R2, R3, and R4. The transistors in the pairs are connected to each other by their sources, T2 and T3, and T7 and T8, which are connected to ground (GND). Each transistor gate is connected to the drain of the second transistor in a given pair. The flip-flop also has two further pairs of transistors, T1 and T4, and T6 and T9, where the transistors in the pairs are connected by their sources, and the sources are connected to the drains of clock transistors T5 and T10, whose sources are connected to ground (GND). The gate of the first clock transistor, T5, is connected to the non-inverted CLK input terminal of the flip-flop, and the gate of the second, T10, is connected to the non-inverted nCLK input terminal. The drains of transistors in the third pair, T1 and T4, are connected sequentially to the drains of transistors in the first pair, T2 and T3. The drains of transistors in the fourth pair, T6 and T9, are connected sequentially to the drains of transistors in the second pair, T7 and T8. The gates of transistors in the third pair, T1 and T4, are connected sequentially to the drains of transistors in the fourth pair, T6 and T9, and the gates of transistors in the fourth pair, T6 and T9, are connected in reverse order to the drains of transistors in the third pair, T1 and T4. The non-inverted Q output terminal of the flip-flop is connected to the drain of the second transistor in the fourth pair, T9, and the non-inverted nQ output terminal is connected to the drain of the first transistor in the fourth pair, T6. The charge injection terminal Cl is connected to the drain of the second clock transistor T10. The flip-flop is also equipped with a setting input terminal Set, which is connected to the gates of two transistors Ts1 and Ts2, whose sources are connected to the ground of the circuit, and the drain of the first transistor Ts1 is connected to the drain of the first transistor of the fourth pair T6, while the drain of the second transistor Ts2 is connected to the drain of the first transistor of the third pair T1.

Mimo, iż ogólna konstrukcja przerzutnika jest podobna dla kolejnych stopni dzielnika, któremu dedykowany jest przerzutnik, to każdy stopień dzielnika jest realizowany odpowiednio do jego potrzeb, to znaczy wykorzystuje różne rozmiary tranzystorów - na przykład różne rozmiary tranzystorów T2, T3, T7, T8 do utrzymywania (w ramach pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego) i przełączania stanów logicznych (tranzystory T1, T4, T6, T9) podczas aktywnych zboczy zegara. Zastosowanie minimalnych dozwolonych rozmiarów tranzystorów (W = 5 μm, L = 0,8 μm) w pętlach sprzężenia zwrotnego przerzutnika oraz większych rozmiarów tranzystorów (W > 8 μm, L = 0,8 μm) do dynamicznego przełączania danych minimalizuje statyczny pobór mocy całego dzielnika.Although the overall design of the flip-flop is similar for each dedicated divider stage, each divider stage is implemented to its specific needs, using different transistor sizes—for example, different sizes of transistors T2, T3, T7, and T8 to hold (within the positive feedback loop) and toggle logical states (transistors T1, T4, T6, and T9) during active clock edges. Using the minimum allowable transistor sizes (W = 5 μm, L = 0.8 μm) in the flip-flop feedback loops and larger transistor sizes (W > 8 μm, L = 0.8 μm) for dynamic data switching minimizes the static power consumption of the entire divider.

Ponadto, w zależności od tego, czy przerzutnik jest wykorzystywany jako pierwszy stopień, czy jako kolejne, główne różnice polegają na dodatkowym mechanizmie wstrzykiwania ładunku Cl oraz topografii układu scalonego minimalizującą pojemności pasożytnicze. Pierwszy, najszybszy stopień wykorzystuje górne warstwy metalizacji, aby zminimalizować pojemności pasożytnicze na skrzyżowaniach ścieżek metalizacji niższych warstw. W przypadku, gdy przerzutnik pracuje jako pierwszy stopień, bramka tranzystora T5 wejścia niezanegowanego CLK sterowana będzie bezpośrednio z anteny radiowej, która dostarcza wyższe chwilowe prądy odpowiedzialne za przepływ ładunku w ich pojemnościach bramka-źródło, w przeciwieństwie do pojemności bramka-źródło tranzystora T10 na wejściu zanegowanym nCLK, który musi być napędzany pośrednio przez układ odwracający. Aby przyspieszyć przełączanie tego tranzystora T10 przez wejście Cl wprowadzany jest dodatkowy ładunek do pojemności bramka-źródło tranzystorów T6 i T9 podczas opadającego zbocza sygnału radiowego.Furthermore, depending on whether the flip-flop is used as the first or second stage, the main differences lie in the additional charge injection mechanism (Cl) and the integrated circuit topography, which minimizes parasitic capacitances. The first, fastest stage utilizes the upper metallization layers to minimize parasitic capacitances at the intersections of the lower metallization traces. When the flip-flop is used as the first stage, the gate of transistor T5 (the non-inverted CLK input) is driven directly by the RF antenna, which provides higher instantaneous currents responsible for the flow of charge in its gate-source capacitances. This is in contrast to the gate-source capacitance of transistor T10 (the inverted nCLK input), which must be driven indirectly by the inverting circuit. To accelerate the switching of this transistor T10, the Cl input injects an additional charge into the gate-source capacitances of transistors T6 and T9 during the falling edge of the RF signal.

Logiczna jedynka na zegarze CLK obniża potencjały źródeł tranzystorów T1 i T4, przenosząc T1 do triodowego obszaru działania, powodując gwałtowny spadek napięcia na T1, powodując odcięcie T3 i zainicjowanie procesu przerzutów w parze tranzystorów T2-T3. Początek procesu przełączania T2-T3 jest widoczny, gdy napięcie drenu tranzystora T3 zaczyna rosnąć, a pętla dodatniego sprzężenia zwrotnego ma tendencję do przesterowania bramki T2, przyspieszając odcięcie T3. Proces ten trwa nieprzerwanie dopóki logiczna jedynka znajduje się na wejściu niezanegowanym zegara CLK. Natomiast przeciwna sytuacja, tj. logiczna jedynka na zanegowanym wejściu zegarowym nCLK, obniża potencjały źródeł T6 i T9, i ostatecznie włącza T6 z powodu uprzedniego przełączenia na drenie T3. Cały proces przełączania powtarza się co połowę okresu fali nośnej.A logical one on the CLK clock lowers the source potentials of transistors T1 and T4, moving T1 into the triode region, causing a rapid voltage drop across T1, causing T3 to cut off and initiating the overshoot process in the T2-T3 pair. The beginning of the T2-T3 switching process is visible when the drain voltage of transistor T3 begins to rise, and the positive feedback loop tends to overdrive the gate of T2, accelerating the cutoff of T3. This process continues continuously as long as a logical one is present at the non-inverted input of the CLK clock. Conversely, a logical one on the inverted input of the nCLK clock lowers the source potentials of T6 and T9, and ultimately turns on T6 due to the previous switching at the drain of T3. The entire switching process repeats every half-cycle of the carrier wave.

Ze względu na stosunkowo duże pojemności bramkowo-źródłowe tranzystorów T6 i T9, stanowiące obciążenie drenu tranzystora T10 oraz obecność jego pojemności bramka-dren, zaproponowano mechanizm kompensacyjny z wykorzystaniem wejścia Cl. Za każdym razem, gdy sygnał zegarowy wymusza zbocze narastające na bramce T10, a dren T10 obniża pojemności T6 i T9, na sygnale radiowym występuje zbocze opadające. Z tego względu zaleca się zastosowanie dodatkowej pojemności między sygnałem radiowym a wejściem Cl, aby skompensować pojemnościowy charakter obciążenia drenu T10, a tym samym przyspieszyć proces przełączania T10.Due to the relatively large gate-source capacitances of transistors T6 and T9, which constitute the load on the drain of transistor T10, and the presence of its gate-drain capacitance, a compensation mechanism using the Cl input was proposed. Whenever the clock signal imposes a rising edge on the gate of T10 and the drain of T10 lowers the capacitances of T6 and T9, a falling edge occurs on the RF signal. Therefore, it is recommended to use an additional capacitance between the RF signal and the Cl input to compensate for the capacitive load on the drain of T10, thereby accelerating the T10 switching process.

Należy też zwrócić uwagę, że blok slave przerzutnika, tj. T7-T8, jest przeznaczony do pracy z częstotliwością fali nośnej przy minimalnym rozpraszaniu mocy. Dlatego wyjścia całego przerzutnika master-slave, tj. Q i nQ, (tj. dreny T8 i T7) pierwszego stopnia dzielnika nie są przeznaczone do efektywnego napędzania dużych obciążeń pojemnościowych z szybkością narastania odpowiadającą połowie częstotliwości fali nośnej. Zatem użycie tych wyjść przy częstotliwościach granicznych układu może wymagać dodatkowego wzmocnienia sygnałów.It should also be noted that the slave block of the flip-flop, i.e., T7-T8, is designed to operate at the carrier frequency with minimal power dissipation. Therefore, the outputs of the entire master-slave flip-flop, i.e., Q and nQ, (i.e., the drains of T8 and T7) of the first divider stage, are not designed to efficiently drive large capacitive loads at a slew rate corresponding to half the carrier frequency. Therefore, using these outputs at the circuit's limiting frequencies may require additional signal amplification.

Wykorzystanie wejścia Set pozwala na wstępne ustawienie wartości logicznej przerzutnika, co przy wielu stopniach tego typu w dzielniku częstotliwości pozwala na dopasowanie fazy sygnału zegarowego dzielnika. Możliwa jest także optymalizacja zużycia energii w zależności od częstotliwości, na jakiej dany stopień (przerzutnik) musi pracować. Wykonuje się to przez dobór stosunku W/L tranzystorów i odpowiadających im rezystorów w drenach.Using the Set input allows for presetting the flip-flop's logical value, which, with multiple stages of this type in a frequency divider, allows for phase adjustment of the divider's clock signal. It is also possible to optimize power consumption depending on the frequency at which a given stage (flip-flop) must operate. This is achieved by selecting the W/L ratio of the transistors and their corresponding drain resistors.

Wynalazek pozwala na podzielenie częstotliwości nośnej sygnału radiowego RFID i wykorzystanie w dzielniku częstotliwości przy wykorzystaniu powolnych tranzystorów jednego typu w szczególności procesu technologicznego wykorzystującego a-IGZO TFT. Przemysłowe zastosowanie wynalazku znajduje się w przemyśle i rynku produktów wymagających indywidualnych oznakowań elektronicznych.The invention allows for the carrier frequency of an RFID radio signal to be divided and utilized in the frequency divider using a single type of low-speed transistors, specifically a technological process using a-IGZO TFTs. Industrial applications of the invention are found in the industry and market for products requiring individual electronic labeling.

Claims (9)

1. Przerzutnik bistabilny posiadający pierwszą parę tranzystorów (T2, T3) i drugą parę tranzystorów (T7, T8), gdzie dreny tranzystorów (T2, T3, T7, T8) dołączone są do zacisku zasilającego (HRV) poprzez rezystory (R1, R2, R3, R4), w których to parach tranzystory są połączone ze sobą źródłami (T2, T3), (T7, T8), a każda bramka tranzystora dołączona jest do drenu drugiego tranzystora w danej parze, oraz posiadający trzecią parę tranzystorów (T1, T4) i czwartą parę tranzystorów (T6, T9), gdzie tranzystory w parach są połączone ze sobą źródłami (T1, T4), (T6, T9), a połączone źródła są dołączone do drenów tranzystorów zegarowych tak, że źródła trzeciej pary tranzystorów (T 1, T4) dołączone są do tranzystora zegarowego (T5), którego bramka dołączona jest do zacisku wejściowego niezanegowanego (CLK), a źródła czwartej pary tranzystorów (T6, T9) dołączone są do tranzystora zegarowego (T10), którego bramka dołączona jest do zacisku wejściowego zanegowanego (nCLK), przy czym dreny tranzystorów trzeciej pary (T 1, T4) dołączone są kolejno do drenów tranzystorów pierwszej pary (T2, T3), a dreny tranzystorów czwartej pary (T6, T9) dołączone są kolejno do drenów tranzystorów drugiej pary (T7, T8), natomiast bramki tranzystorów trzeciej pary (T 1, T4) dołączone są kolejno do drenów tranzystorów czwartej pary (T6, T9), a bramki tranzystorów czwartej pary (T6, T9) dołączone są w odwrotnej kolejności do drenów tranzystorów trzeciej pary (T1, T4), gdzie zacisk wyjściowy niezanegowany (Q) dołączony jest do drenu drugiego tranzystora czwartej pary (T9), a zacisk wyjściowy zanegowany (nQ) dołączony jest do drenu pierwszego tranzystora czwartej pary (T6), znamienny tym, że źródła tranzystorów pierwszej i drugiej pary (T2, T3, T7, T8) dołączone są do masy układu (gnd), oraz tym, że źródła tranzystorów zegarowych (T5, T10) dołączone są do masy układu (gnd), oraz tym że do drenu drugiego tranzystora zegarowego (T10) dołączony jest zacisk wstrzykiwania ładunku (Cl).1. A bistable flip-flop having a first pair of transistors (T2, T3) and a second pair of transistors (T7, T8), wherein the drains of the transistors (T2, T3, T7, T8) are connected to a supply terminal (HRV) through resistors (R1, R2, R3, R4), in which pairs the transistors are connected to each other by sources (T2, T3), (T7, T8), and each transistor gate is connected to the drain of the second transistor in a given pair, and having a third pair of transistors (T1, T4) and a fourth pair of transistors (T6, T9), wherein the transistors in the pairs are connected to each other by sources (T1, T4), (T6, T9), and the combined sources are connected to the drains of the clock transistors so that the sources of the third pair of transistors (T1, T4) are connected to the clock transistor (T5), whose gate is connected to the non-inverted input terminal (CLK), and the sources of the fourth pair of transistors (T6, T9) are connected to the clock transistor (T10), whose gate is connected to the non-inverted input terminal (nCLK), wherein the drains of the transistors of the third pair (T1, T4) are connected sequentially to the drains of the transistors of the first pair (T2, T3), and the drains of the transistors of the fourth pair (T6, T9) are connected sequentially to the drains of the transistors of the second pair (T7, T8), while the gates of the transistors of the third pair (T1, T4) are connected sequentially to the drains of the transistors of the fourth pair (T6, T9), and the gates of the transistors of the fourth pair (T6, T9) are connected in reverse order to the drains of the transistors of the third pair (T1, T4), wherein the non-inverted output terminal (Q) is connected to the drain of the second the transistor of the fourth pair (T9), and the negated output terminal (nQ) is connected to the drain of the first transistor of the fourth pair (T6), characterized in that the sources of the transistors of the first and second pair (T2, T3, T7, T8) are connected to the ground of the system (gnd), and in that the sources of the clock transistors (T5, T10) are connected to the ground of the system (gnd), and in that the charge injection terminal (Cl) is connected to the drain of the second clock transistor (T10). 2. Przerzutnik bistabilny wg zastrz. 1, znamienny tym, że wyposażony jest w zacisk wejściowy ustawiania (Set), który dołączony jest do bramek dwóch tranzystorów (Ts1, Ts2), których źródła dołączone są do masy układu, a dren pierwszego tranzystora (Ts1) dołączony jest do drenu pierwszego tranzystora czwartej pary (T6), natomiast dren drugiego tranzystora (Ts2) dołączony jest do drenu pierwszego tranzystora trzeciej pary (T1).2. A bistable flip-flop according to claim 1, characterized in that it is equipped with a setting input terminal (Set), which is connected to the gates of two transistors (Ts1, Ts2), the sources of which are connected to the ground of the system, and the drain of the first transistor (Ts1) is connected to the drain of the first transistor of the fourth pair (T6), while the drain of the second transistor (Ts2) is connected to the drain of the first transistor of the third pair (T1). 3. Przerzutnik bistabilny wg zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pracuje zasadniczo na częstotliwości 13,56 MHz sygnału wejściowego.3. A bistable flip-flop according to claim 1 or 2, characterized in that it operates substantially at a frequency of 13.56 MHz of the input signal. 4. Przerzutnik bistabilny wg zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że napięcie zasilania układu jest napięciem pochodzącym z harwestowania sygnału radiowego.4. A bistable flip-flop according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the supply voltage of the system is a voltage derived from the harvesting of a radio signal. 5. Przerzutnik bistabilny wg dowolnego z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że wszystkie tranzystory w układzie są tranzystorami FET typu „n”.5. A bistable flip-flop according to any one of claims 1 to 4, characterized in that all transistors in the circuit are "n" type FET transistors. 6. Przerzutnik bistabilny wg dowolnego z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że wszystkie tranzystory w układzie są tranzystorami typu TFT.6. A bistable flip-flop according to any of claims 1 to 5, characterized in that all transistors in the circuit are TFT transistors. 7. Przerzutnik bistabilny wg dowolnego z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że kanały tranzystorów wykonane są z amorficznego materiału półprzewodnikowego.7. A bistable flip-flop according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the transistor channels are made of an amorphous semiconductor material. 8. Przerzutnik bistabilny wg dowolnego z zastrz. od 1 do 7, znamienny tym, że tranzystory zawierają indowo-galowy tlenek cynku.8. A bistable flip-flop according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the transistors comprise indium gallium zinc oxide. 9. Przerzutnik bistabilny wg dowolnego z zastrz. od 1 do 8, znamienny tym, że tranzystory pierwszej i drugiej pary (T2, T3), (T7, T8) są takie same pod względem stosunku szerokości do długości kanałów, oraz tym, że tranzystory trzeciej pary (T1, T4) są takie same pod względem stosunku szerokości do długości kanałów, przy czym stosunek ten jest od 2 do 4 razy większy w odniesieniu do pierwszych dwóch par, oraz tym, że tranzystory czwartej pary (T6, T9) są takie same pod względem stosunku szerokości do długości kanałów, przy czym stosunek ten jest od 1,5 do 2,5 razy większy w odniesieniu do pierwszych dwóch par, oraz tym, że tranzystory zegarowe (T5, T10) mają stosunek szerokości do długości kanałów od 3 do 5 razy większy w odniesieniu do pierwszych dwóch par.9. A bistable flip-flop according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the transistors of the first and second pairs (T2, T3), (T7, T8) are the same with respect to the ratio of the channel width to the length, and in that the transistors of the third pair (T1, T4) are the same with respect to the ratio of the channel width to the length, this ratio being 2 to 4 times greater than the first two pairs, and in that the transistors of the fourth pair (T6, T9) are the same with respect to the ratio of the channel width to the length, this ratio being 1.5 to 2.5 times greater than the first two pairs, and in that the clock transistors (T5, T10) have a ratio of the channel width to the length 3 to 5 times greater than the first two pairs.
PL445769A 2023-08-05 2023-08-05 Bistable flip-flop PL248470B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL445769A PL248470B1 (en) 2023-08-05 2023-08-05 Bistable flip-flop
PCT/IB2024/057516 WO2025032464A1 (en) 2023-08-05 2024-08-02 Rfid carrier frequency divider and bistable

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL445769A PL248470B1 (en) 2023-08-05 2023-08-05 Bistable flip-flop

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL445769A1 PL445769A1 (en) 2024-01-15
PL248470B1 true PL248470B1 (en) 2025-12-15

Family

ID=89543791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL445769A PL248470B1 (en) 2023-08-05 2023-08-05 Bistable flip-flop

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL248470B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0730381A (en) * 1993-06-24 1995-01-31 Toshiba Corp Master-slave flip-flop
DE102004009283A1 (en) * 2004-02-26 2005-09-22 Infineon Technologies Ag Flip-flop circuit and method for processing a signal

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0730381A (en) * 1993-06-24 1995-01-31 Toshiba Corp Master-slave flip-flop
DE102004009283A1 (en) * 2004-02-26 2005-09-22 Infineon Technologies Ag Flip-flop circuit and method for processing a signal

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T. MEISTER, K. ISHIDA, A. SOU, C. CARTA AND F. ELLINGER: "IEEE Solid-State Circuits Letters, vol. 3, pp. 134-137, 2020", 3.93-MHZ/328-ΜW DYNAMIC FREQUENCY DIVIDER IN FLEXIBLE A-IGZO TFT TECHNOLOGY, *

Also Published As

Publication number Publication date
PL445769A1 (en) 2024-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11050424B1 (en) Current-mirror based level shifter circuit and methods for implementing the same
US5049760A (en) High speed complementary flipflop
US10804888B1 (en) Delay circuit and electronic system equipped with delay circuit
US4469962A (en) High-speed MESFET circuits using depletion mode MESFET signal transmission gates
US6222386B1 (en) Method and apparatus for providing a low voltage level shift
JPH0454724A (en) logic circuit
US7304519B2 (en) Data latch, master/slave flipflop and frequency divider circuit
GB2081041A (en) Logic circuit arrangement
TW201631894A (en) Latch circuit, flip-flop circuit, and latch circuit operation method
JP2011135297A (en) Flip-flop circuit and frequency divider circuit
CN112953504B (en) Level conversion circuit
WO2007049179A2 (en) High speed comparator
CN211579936U (en) A kind of amplifier fast power modulation circuit
US7133487B2 (en) Level shifter
US20050162797A1 (en) Systems and methods that employ inductive current steering for digital logic circuits
WO2025032464A1 (en) Rfid carrier frequency divider and bistable
PL248468B1 (en) RFID carrier frequency divider
US20140197871A1 (en) Transmission system
PL248473B1 (en) RFID modulation pulse shaping system
PL248469B1 (en) RFID carrier frequency divider
CN114598310A (en) RF switch circuit and RF circuit
CN110690889B (en) A level shift circuit
El Mahalawy et al. An all-GaN differential driver for a 60 V GaN-based power amplifier with 1 GHz switching frequency
CN223274091U (en) A radio frequency switching circuit with harmonic compensation function and corresponding electronic equipment
US20260066944A1 (en) Can transmitter circuit with current smoothing