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Title:
ELECTRONIC CIRCUIT FOR A METHOD FOR STORING INFORMATION, SAID CIRCUIT COMPRISING FERROELECTRIC FLIPFLOPS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/015323
Kind Code:
A1
Abstract:
A supply voltage is needed in conventional electronic circuits used for processing signals, such as counting pulses. The supply voltage supplies the logic circuit components. Especially apparatuses which have to be operated over a longer period of time or/and in remote sites of use and are dependent upon a supply voltage are impaired with the dependency-related disadvantages, such as the necessity of expensive EEPROMs or significantly increased maintenance expenditure. The present invention relates to an electronic circuit which is provided with an input (5) for inputting at least one information signal, an energy means (2) for converting the energy that is present in the at least one information signal into a supply voltage, a control means (3) for generating at least one switch-on control signal when the information signal is input and a signal processing means (4) for storing information which is represented by the at least one information signal and/or for evaluating information which is represented by the at least one information signal and for storing the secondary information which is obtained by the evaluation. At least one ferroelectric flipflop (26) is used. The signal processing means (4) can be activated by the at least one switch-on control signal for evaluating and/or storing purposes. The at least one information signal can be or is the only energy source for the electronic circuit (1) during the evaluation and/or storing process.

Inventors:
LAUTERBACH CHRISTL (DE)
BRAUN GEORG (DE)
OLLERT UDO (DE)
WEBER WERNER (DE)
Application Number:
PCT/DE2000/001607
Publication Date:
March 01, 2001
Filing Date:
May 18, 2000
Export Citation:
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Assignee:
INFINEON TECHNOLOGIES AG (DE)
LAUTERBACH CHRISTL (DE)
BRAUN GEORG (DE)
OLLERT UDO (DE)
WEBER WERNER (DE)
International Classes:
G01F15/06; H03K3/356; H03K3/45; H03K19/00; H03K23/00; (IPC1-7): H03K19/00; H03K3/45; G01F15/06
Foreign References:
EP0549519A11993-06-30
US5923184A1999-07-13
US4140013A1979-02-20
Other References:
SEITZ C L ET AL: "HOT-CLOCK NMOS", CHAPEL HILL CONFERENCE ON VLSI,XX,XX, 1985, pages 1 - 17, XP000603352
"FUSELESS NON-VOLATILE FERROELECTRIC REDUNDANT WORD AND BIT DECODER", IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN,US,IBM CORP. NEW YORK, vol. 34, no. 7B, 1 December 1991 (1991-12-01), pages 138 - 140, XP000282528, ISSN: 0018-8689
Attorney, Agent or Firm:
VIERING JENTSCHURA & PARTNER (P.O. Box 22 14 43 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektronische Schaltung (1), aufweisend einen Eingang (5) zur Eingabe von zumindest einem Informa tionssignal ; ein Energiemittel (2) zur Umwandlung von im zumindest einen Informationssignal enthaltener Energie in eine Spannungsver sorgung ; ein Kontrollmittel (3) zur Erzeugung zumindest eines Ein schaltkontrollsignals beim Eingehen eines Informationssig nals ; sowie ein Signalverarbeitungsmittel (4) zur Speicherung einer durch das zumindest eine Informationssignal repräsentierten Infor mation und/oder zur Auswertung einer durch das zumindest eine Informationssignal repräsentierten Information und Speicherung der durch die Auswertung erhaltenen Sekundärin formation mittels zumindest einen ferroelektrischen Flipflops (26) ; wobei das Signalverarbeitungsmittel (4) durch das zumindest eine Einschaltkontrollsignal zur Auswertung und/oder Speicherung aktivierbar ist ; und wobei während der Auswertung und/oder Speicherung das zu mindest eine Informationssignal die einzige Energiequelle fur die elektronische Schaltung (1) sein kann oder ist.
2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß durch das Kontrollmittel (3) zumindest ein Ausschaltkon trollsignal nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach Einge hen des zumindest einen Informationssignals und/oder bei Er schöpfung der aus dem zumindest einen Informationssignal um gewandelten Energie erzeugbar ist, wobei das Signalverarbeitungsmittel (4) durch das zumindest eine Ausschaltkontrollsignal zur Speicherung und zum Deak tivieren veranlassbar ist oder veranlasst wird.
3. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem zumindest einen ferroelektrischen Flipflop (26) gespeicherten Information durch das Signalverarbeitung smittel (4) in zumindest ein Ausgangssignal umwandelbar ist und die elektronische Schaltung (1) weiterhin aufweist zu mindest einen Ausgang (6) zur Ausgabe des zumindest einen Ausgangssignals.
4. Elektronische Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung weiterhin ein Anzeigenmittel (10) zur Anzeige der in dem zumindest einen ferroelektrischen Flipflop (26) gespeicherten Information aufweist.
5. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das Anzeigemittel (10) von der durch das Energiemittel (2) erzeugten Spannungsversorgung mitversorgt ist.
6. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigemittel (10) eine LCDAnzeige (11) aufweist.
7. Elektronische Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgeben der in dem zumindest einen ferroelektrischen Flipflop (26) gespeicherten Information durch das Signalver arbeitungsmittel (4) eine externe Spannungsversorgung und ex terne Kontrollmittel anschließbar sind.
8. Elektronische Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Einschaltkontrollsignal folgende Sig nale aufweist : ein Aktivierungssignal (PRECH) zur Aktivierung von Vorladung stransistoren (18,19) des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops (26) ; ein Ubertragungssignal (PLN) zur Übertragung der in fer roelektrischen Kondensatoren (14,15) des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops (26) enthaltenen Information auf interne Datenleitungen (22,23) des zumindest einen fer roelektrischen Flipflops (26) ; und ein Stromschaltsignal (NSET) zum Einschalten der Spannungs versorgung des Signalverarbeitungsmittels (4).
9. Elektronische Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Ausschaltkontrollsignal folgende Sig nale aufweist : ein tbertragungsendesignal (PLN) ; ein Aktivierungssignal (PRECH) zur Aktivierung von Vorladung stransistoren (18,19) des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops (26) ; und ein Stromausschaltsignal (NSET) zum Ausschalten der Span nungsversorgung des Signalverarbeitungsmittels (4).
10. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß vom Kontrollmittel (3) Signalleitungen (8) für jedes der Einsschaltsignale zum Signalverarbeitungsmittel (4) führen.
11. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß vom Kontrollmittel (3) Signalleitungen (8) für jedes der Ausschaltsignale zum Signalverarbeitungsmittel (4) führen.
12. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ubertragungssignal und das Ubertragungsendesignal eine gemeinsame Übertragungssignalleitung vom Kontrollmittel (3) zum Signalverarbeitungsmittel (4) führt, das Ubertra gungssignal im Anlegen einer Spannung an die gemeinsame Uber tragungssignalleitung besteht und das Ubertragungsendesignal im Abschalten der Spannung an der gemeinsamen Ubertra gungssignalleitung.
13. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß für das Stromschaltsignal und das Stromausschaltsignal eine gemeinsame Stromsignalleitung vom Kontrollmittel (3) zum Signalverarbeitungsmittel (4) führt, das Stromschaltsignal im Anlegen einer Spannung an die gemeinsame Sromsignalleitung besteht und das Stromausschaltsignal im Abschalten der Span nung an der gemeinsamen Stromsignalleitung.
14. Elektronische Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung (4) eine Zählschaltung zur Auswertung einer Mehrzahl von hintereinander oder gleichzeitig eingehenden Informationssignale durch Zählung der eingegangenen Informationssignale ist.
15. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählschaltung aus einer Mehrzahl von hintereinan dergeschalteten, flankengesteuerten ferroelektrischen Flip flops (34) besteht, bei denen das zumindest eine Informa tionssignal in den Takteingang (CLK) des ersten ferroelek trischen FlipFlops (34) der Mehrzahl von hintereinan dergeschalteten ferroelektrischen Flipflops (34) eingegeben ist und der Ausgang (Q) von jedem der ferroelektrischen Flipflops (34) bis auf das letzte jeweils auch mit dem Tak teingang (CLK) des dahintergeschalteten ferroelektrischen Flipflops (34) verbunden ist.
16. Verfahren zur Speicherung von durch zumindest ein Infor mationssignal repräsentierter Information oder durch eine Auswertung des zumindest einen Informationssignals erhaltene Information in zumindest einem ferroelektrischen Flipflop (26) in einem Signalverarbeitungsmittel (4) mit folgenden Schritten : A : Erzeugen zumindest eines Einschaltkontrollsignals aus einem eingegangenen Informationssignal und Erzeugen einer Spannungsversorgung aus im zumindest einen Informationssignal enthaltener Energie ; B : Aktivieren des Signalverarbeitungsmittels (4) durch das Einschaltkontrollsignal und Anlegen der Spannungsversorgung an das Signalverarbeitungsmittel (4) ; C : Speichern einer durch das zumindest eine Informationssig nal repräsentierten Information und/oder Auswerten einer durch das zumindest eine Informationssignal repräsentierten Information und Speichern der durch die Auswertung erhaltenen Sekundärinformation mittels zumindest einem ferroelektrischen Flipflops (26) ; D : Erzeugen eines Ausschaltkontrollsignals nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach Eingehen des zumindest einen Informa tionssignals und/oder bei Erschöpfung der aus dem zumindest einen Informationssignal umgewandelten Energie ; und E : Deaktivieren des Signalverarbeitungsmittels (4) durch das Ausschaltkontrollsignal.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt B die Teilschritte aufweist : B1 : Aktivieren von Vorladungstransistoren (18,19) des zu mindest einen ferroelektrischen Flipflops (26) durch Anlegen einer Spannung ; B2 : Deaktivieren der Vorladungstransistoren (18,19) des zu mindest einen ferroelektrischen Flipflops (26) durch Abschal ten der Spannung ; B3 : Anlegen einer Spannung an ferroelektrische Kondensatoren (14,15) des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops (26) zur Übertragung der in den ferroelektrischen Kondensatoren (14,15) gespeicherten Information an Logikgatter (12,13, 24,25) des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops (26) ; und B4 : Aktivieren der Spannungsversorgung der Logikgatter (12, 13,24,25) des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops (26).
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeich net, daß Schritt E die Teilschritte aufweist : E1 : Abschalten einer an ferroelektrischen Kondensatoren (14, 15) des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops (26) an liegenden Spannung ; E2 : Deaktivieren der Spannungsversorgung der Logikgatter (12, 13,24,25) des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops (26) ; E3 : Aktiviereren von Vorladungstransistoren (18,19) des zu mindest einen ferroelektrischen Flipflops (26) durch Anlegen einer Spannung ; und E4 : Deaktivieren der Vorladungstransistoren (18,19) des zu mindest einen ferroelektrischen Flipflops (26) durch Abschal ten der Spannung.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (1) mehrere ferroelektrische Flipflops (26) enhält und das Auswerten eine Summenbildung aus dem durch das Informationssignal repräsentierten Wert und einem bereits in den ferroelektrischen Flipflops (26) gespeicherten Wert beinhaltet.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Summenbildung mittels eines Zählvorgangs erfolgt, bei dem die Mehrzahl von ferroelektrischen Flipflops (26) in einer Zähleranordnung hintereinandergeschaltet sind und ein eingehendes Informationssignal einen Zählerstand der Zählera nordnung um den Wert 1 erhöht oder erniedrigt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem zumindest einen ferroelektrischen Flipflop (26) gespeicherte Information in zumindest ein Ausgangssignal umgewandelt und aus der elektronischen Schaltung (1) ausgege ben werden kann.
22. Verwendung ferroelektrischer FlipFlops (26) für elektro nische Schaltungen, wobei die elektronische Schaltung (1) In formationssignale erfassen und/oder auswerten kann und Er gebnisse der Erfassung und/oder Auswertung in zumindest einem ferroelektrischen Flipflop (26) gespeichert werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte zur Erfassung, Bear beitung und Speicherung notwendige Energie aus dem Informa tionssignal generiert werden kann.
23. Verwendung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung eine Zählung der eingehenden Informations signale beinhaltet.
24. Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (1) eingehende Informations signale aufwärts oder abwärts zählen kann.
25. Verwendung nach Anpruch 22 oder 23, dadurch gekennzeich net, daß die elektronische Schaltung (1) in einem Flüssig keitszähler verwendet wird.
26. Flüssigkeitszähler zur Bestimmung des Durchflusses von Flüssigkeiten durch ein System, aufweisend : einen Sensor, der in Abhängigkeit einer durch das System hin durchströmenden Flüssigkeitsmenge Informationssignale generi eren kann oder generiert ; und eine elektronische Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Zählung der vom Sensor generierten Informations signale ; wobei die Informationssignale die einzige Energiequelle fur die elektronische Schaltung (1) sind.
Description:
Beschreibung ELEKTRONISCHE SCHALTUNG FÜR EIN VERFAHREN ZUR SPEICHERUNG VON INFORMATIONEN MIT FERROELEKTRISCHEN FLIPFLOPS

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Schaltungen mit ferroelektrischen Flipflops, die als einzige Energie- quelle eingehende Signale verwenden kann, einen auf einer solchen elektronischen Schaltung basierenden Flüssig- keitszähler, ein Verfahren zur Speicherung von in Signalen enthaltenen Informationen, sowie die Verwendung ferroelek- trischer Flipflops für elektronische Schaltungen.

Bei herkömmlichen elektronischen Schaltungen zur Verarbeitung von Signalen, beispielsweise von Zählimpulsen, wird eine Ver- sorgungsspannung benötigt, mit der die Logikbausteine ver- sorgt werden. Diese Versorgungsspannung wird beispielsweise von einer Batterie, wie einer Lithiumbatterie, geliefert.

Eine Batterie erhöht die Herstellungs-und Betriebskosten eines die Schaltung verwendenden Geräts erheblich und muß außerdem in regelmäßigen Abständen ersetzt werden. Sollen Er- gebnisse einer Signalauswertung auch bei Betriebsspannung- sausfall gespeichert bleiben, wird zusätzlich ein nichtflüch- tiger Speicher, beispielsweise EEPROM oder FLASH-EPROM benötigt. Solche elektrisch löschbaren Speicherzellen benöti- gen zur Programmierung und zum Löschen hohe Spannungen von minus 12 beziehungsweise plus 16 Volt, die aus der Batteri- espannung durch Ladungspumpen erzeugt werden müssen. Der re- lativ schlechte Wirkungsgrad bei der Hochvolterzeugung führt zu einer hohen Verlustleistung. Darüber hinaus haben EEPROM- Speicher eine durch die Anzahl von Umprogrammierungen be- grenzte Lebensdauer. Dies ist besonders bei Zählschaltungen von Nachteil, wo das sogenannte"Least Significient Bit" (das am wenigsten signifikante Bit oder die kleinste Stelle des

Zählers) bei jedem eingehenden Zählimpuls umprogrammiert wer- den muß.

Gerade bei Geräten, die über längere Zeiträume oder/und an abgelegenen Einsatzorten in Betrieb sein sollen, führt die Abhängigkeit von einer Versorgungsspannung zudem zu einem deutlich erhöhten Wartungsaufwand, da eigens zum Batterie- tausch beziehungsweise der Batteriekontrolle Wartungspersonal die Geräte aufsuchen muß.

Die Verwendung einer aus dem Stromnetz erzeugten Versorgung- sspannung ist ebenfalls mit einem hohen Aufwand verbunden und bei abgelegenen Standorten teilweise gar nicht praktikabel.

Bei Netzausfällen kann sie zudem zu falschen Zählergebnissen führen.

Auf Grund der genannten Nachteile besteht jedoch ein Bedürfnis, Schaltungen zu realisieren, die von den oben genannten verschiedenen Spannungsversorgungen soweit als möglich unabhängig operieren können.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine signalverarbeitende beziehungsweise informa- tionsspeichernde Schaltung bereitzustellen, die von externen Stromversorgungen autark betrieben werden kann.

Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung durch die Bereitstellung einer elektronischen Schaltung gemäß dem unab- hängigen Patentanspruch 1, eines Verfahrens zur Informa- tionsspeicherung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 16, der Verwendung ferroelektrischer Flipflops für elektronische Schaltungen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 22, sowie dem Flüssigkeitszähler gemäß dem unabhängigen Patentanspruch

26. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Details und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeich- nungen.

Bei der Analyse signalverarbeitender Schaltungen und der ih- nen zugeordneten signalerzeugenden Sensoren wurde nunmehr herausgefunden, daß die den Signalen inhärente Energie zwar nicht ausreicht, um EEPROM-Speicher betreiben zu können, jedoch diese Energie bei einem typischen Impulsdrahtsensor immerhin noch 30 nJ beträgt. Es wurde unerwarteterweise herausgefunden, daß diese Energiemenge ausreichend ist, um Schaltungen zu betreiben, wenn spezielle Flipflops mit imple- mentierten ferroelektrischen Speicherkapazitäten, sogenannte Ferroflipflops, verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung ist daher gerichtet auf eine elek- tronische Schaltung, die aufweist : einen Eingang zur Eingabe von zumindest einem Informations- signal ; ein Energiemittel zur Umwandlung von im zumindest einen In- formationssignal enthaltener Energie in eine Spannungsversor- gung ; ein Kontrollmittel zur Erzeugung zumindest eines Einschalt- kontrollsignals beim Eingehen eines Informationssignals ; sowie ein Signalverarbeitungsmittel zur Speicherung einer durch das zumindest eine Informationssignal repräsentierten Information und/oder zur Auswertung einer durch das zumindest eine Infor- mationssignal repräsentierten Information und Speicherung der durch die Auswertung erhaltenen Sekundärinformation mittels zumindest einem ferroelektrischen Flipflop ;

wobei das Signalverarbeitungsmittel durch das zumindest eine Einschaltkontrollsignal zur Auswertung und/oder Speicherung aktivierbar ist ; und wobei während der Auswertung und/oder Speicherung das zu- mindest eine Informationssignal die einzige Energiequelle fur die elektronische Schaltung sein kann oder ist.

Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung kann also auch über eine externe Spannungsversorgung verfügen. Maßgeblich ist jedoch, daß sie auf diese für den Informationssignaler- fassungsvorgang nicht angewiesen ist. Auch bei einem Stro- mausfall kann die erfindungsgemäße elektronische Schaltung ihre Funktion weiter ausführen. Bezüglich der Stromversorgung ist die elektronische Schaltung also als eine Fail-Safe- Schaltung aufzufassen. In besonderen Ausführungsformen und besonders bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Er- findung wird jedoch die elektronische Schaltung überhaupt nicht über eine externe Stromversorgung verfügen, soweit diese nicht zum Auslesen der gespeicherten Informationen angeschlossen wird.

Die erfindungsgemäß verwendeten ferroelektrischen Flipflops werden weiter unten detailliert beschrieben werden. Diese weisen grundsätzlich die gleiche Struktur auf wie konvention- elle Flipflops, haben also insbesondere einen SET und einen RESET-Eingang, sowie einen QB-und Q-Ausgang und NAND-oder NOR-Gatter zur Schaltungslogik. Sie verfügen jedoch zusätzlich über ferroelektrische Kondensatoren, die sie in die Lage versetzen, den logischen Zustand des Flipflops beim Abschalten der Spannungsversorgung zu speichern und beim Ein- schalten der Spannungsversorgung den gespeicherten Zustand wiederherzustellen. Zur Speicherung beziehungsweise Wieder- herstellung des Zustands des ferroelektrischen Flipflops wer-

den Kontrollsignale in einer zeitlich genauen definierten Ab- folge gegeben (siehe unten). Nichtflüchtige Speicher auf Ba- sis von ferroelektrischen Kondensatoren können bei niedrigen Spannungen betrieben werden und benötigen nur etwa ein Hun- dertstel der Energie von EEPROM-Speichern. Bei der er- findungsgemäßen elektronischen Schaltung ist es daher möglich, die zum Betrieb einer üblichen Schaltung notwendige Energie (10 nJ bis 100 nJ) allein aus dem eingehenden Impuls oder den eingehenden Impulsen zu entnehmen.

Das Kontrollmittel muß also gemäß der Erfindung in der Lange sein, ein oder mehrere Kontrollsignale in einer zeitlich gesteuerten Abfolge zu generieren und diese dem Signalverar- beitungsmittel zuzuführen. Dieses Ziel kann mit Fachleuten bekannten Schaltungen beziehungsweise Verfahren in einfacher Weise erreicht werden. Beispielsweise können verschiedene zeitlich gestaffelte Signale durch eine Band-Gap-Differenz- Schaltung mit einer Komparator-Schaltung erreicht werden.

Unter einer Auswertung ist im Sinne der vorliegenden Er- findung jegliche Interpretation eines eingegangenen Informa- tionssignals durch das Signalverarbeitungsmittel zu verste- hen, beispielsweise die Feststellung eines zeitlichen Ab- stands zu einem vorausgegangenen Informationssignals, die lo- gische Verknüpfung über UND, ODER, NICHT UND, und NICHT ODER verschiedener Informationssignale, das Auf-und Abzählen von hintereinander eingehenden Informationssignalen und das Hin- und Herschalten zwischen Ein und Aus bei sukzessiven Eingehen von Informationssignalen sowie jegliche andere vorstellbare Interpretation eingehender Informationssignale. Unter einer repräsentierten Information im Sinne der vorliegenden Er- findung ist jegliche Bedeutung zu verstehen, die man dem Ein- gang eines Informationssignals im zeitlichen Verlauf in

seiner spezifischen Ausprägung und in seinem Verhältnis zu anderen Informationssignalen zumessen kann.

Die eingehenden Informationssignale können beispielsweise von einem üblichen Sensor erzeugt worden sein. Vorzugsweise han- delt es sich dabei um Sensoren, die ein Signal mit geeigneter Spannung und mit hinreichendem Energiegehalt erzeugen, um die erfindungsgemäße Schaltung betreiben zu können. Beispiel- sweise können induktive oder piezoelektrische Sensoren ver- wendet werden. Eine Möglichkeit für einen verwendbaren Sensor ist ein Impulsdrahtsensor, bei dem ein äußeres Magnetfeld, das beispielsweise von einem mit Magneten versehenen Rotor, auf einen Verbunddraht einwirkt und in diesem einen elektris- chen Impuls generiert, der dann als Informationssignal zur Verfügung steht. Hierbei wird die gesamte notwendige Energie aus dem Magnetfeld entnommen, so daß auch für den Sensor keine externe Engergieversorung notwendig ist.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße elektronische Schaltung dadurch gekennzeichnet, daß durch das Kontrollmittel zu- mindest ein Ausschaltkontrollsignal nach Ablauf einer vorbes- timmten Zeit nach Eingehen des zumindest einen Informations- signals und/oder bei Erschöpfung der aus dem zumindest einen Informationssignal umgewandelten Energie erzeugbar ist, wobei das Signalverarbeitungsmittel durch das zumindest eine Ausschaltkontrollsignal zur Speicherung und zum Deaktivieren veranlassbar ist oder veranlasst wird.

Es versteht sich, daß ein Ausschaltkontrollsignal nach Zeit- ablauf nur dann erzeugt werden soll, wenn nach dem Eingehen eines Informationssignals kein weiteres Informationssignal eingegangen ist. Der Ablauf einer vorbestimmten Zeit bezieht sich also stets auf den Ablauf nach Eingang des letzten In-

formationssignals, sofern mehrere Informationssignale nachei- nander eingegangen sind. Wird das Ausschaltkontrollsignal bei Erschöpfung der vorhandenen Energie erzeugt, muß eine Schal- tung im Kontrollmittel vorgesehen sein, die zuverlässig das Erschöpfen dieser Energie feststellen kann. Beispielsweise ist es möglich eine Schaltung zu verwenden, die einen even- tuellen Spannungsabfall wahrnehmen kann.

Vorzugsweise ist die in dem zumindest einen ferroelektrischen Flipflop gespeicherte Information durch das Signalverarbei- tungsmittel in zumindest ein Ausgangssignal umwandelbar, wo- bei die elektronische Schaltung dann weiterhin zumindest einen Ausgang zur Ausgabe des zumindest einen Ausgangssignals aufweist. Auf diese Weise läßt sich die in der Schaltung gespeicherte Information wieder durch ein geeignetes Ausle- semittel auslesen.

Die elektronische Schaltung kann weiterhin ein Anzeigemittel zur Anzeige der in dem zumindest einen ferroelektrischen Flipflop gespeicherten Information aufweisen. Ein solches zusätzliches Anzeigemittel ist dann möglich, wenn genügend Energie zu seinem Betrieb aus dem Informationssignal gewonnen werden kann. Ein Anzeigemittel ermöglicht die jederzeitige Ablesung der in dem zumindest einen Flipflop gespeicherten Information.

Vorzugsweise wird das Anzeigemittel von der durch das Ener- giemittel erzeugten Spannungsversorgung mitversorgt. Es ist jedoch auch möglich, das Anzeigemittel so auszugestalten, daß es eine externe Spannungsversorgung benötigt. In diesem Fall muß bei einem autarken Betrieb der elektronischen Schaltung vor dem Ablesen des Anzeigemittels zunächst eine externe Spannungsversorgung angeschlossen werden. Weist die elektro-

nische Schaltung ohnedies eine externe Spannungsversorgung auf, beispielsweise beim oben beschriebenen Einsatzgebiet von Fail-Safe-Schaltungen, wird ein solcher externer Anschluß in der Regel nicht notwendig sein.

Um den Energieverbrauch des Anzeigemittels möglichst gering zu halten, wird bevorzugterweise eine LCD-Anzeige die Infor- mationen anzeigen. Es ist jedoch auch möglich, andere Anzei- gen zu verwenden, wenn diese eine hinreichend geringe Ener- gieaufnahme aufweisen. Um ein koordiniertes Übertragen von in den ferroelektrischen Kondensatoren der ferroelektrischen Flipflops enthaltenen Information auf die Logikgatter des ferroelektrischen Flipflops zu gewährleisten, weist das Ein- schaltkontrollsignal vorzugsweise folgende Signale auf : ein Aktivierungssignal zur Aktivierung von Vorladungstransis- toren des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops ; ein Übertragungssignal zur Übertragung der in ferroelektris- chen Kondensatoren des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops enthaltenden Information auf interne Datenleitungen des zumindest einen ferrolektrischen Flipflops ; und ein Stromschaltsignal zum Einschalten der Spannungsversorgung des Signalverarbeitungsmittels.

Um ein Zurückschreiben der in den zumindest einen ferroelek- trischen Flipflop enthaltenen Informationen beim Spannungsab- fall zu gewährleisten, weist das Auschaltkontrollsignal vor- zugsweise folgende Signale auf : ein Ubertragungsendesignal ; ein Aktivierungssignal zur Aktivierung von Vorladungstransis- toren des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops ; und

ein Stromausschaltsignal zum Ausschalten der Spannungsversor- gung des Signalverarbeitungsmittels.

Die Ubertragung dieser verschiedenen Signale vom Kontrollmit- tel zum Signalverarbeitungsmittel erfolgt vorzugsweise dadurch, daß vom Kontrollmittel Signalleitungen für jedes der Einschaltsignale beziehungsweise der Ausschaltsignale zum Signalverarbeitungsmittel führen. Beispielsweise kann zudem für das Ubertragungssignal und das Ubertragungsendesignal eine gemeinsame Übertragungssignalleitung vom Kontrollmittel zum Signalverarbeitungsmittel führen, wobei das Ubertra- gungssignal im Anlegen einer Spannung an die gemeinsame Uber- tragungssignalleitung bestehen kann und das Ubertragungsen- designal im Abschalten der Spannung an der gemeinsamen Über- tragungssignalleitung.

Genauso können für das Stromschaltsignal und Stromausschalt- signal eine gemeinsame Stromsignalleitung vom Kontrollmittel zum Signalverarbeitungssignal führen, wobei das Stromschalt- signal im Anlegen einer Spannung an die gemeinsame Stromsig- nalleitung besteht und das Stromausschaltsignal im Abschalten der Spannung an der gemeinsamen Stromsignalleitung.

Da mit Flipflops im Allgemeinen Zählschaltungen sehr einfach zu realisieren sind, ist es eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, daß die Signalverarbeitungsschal- tung eine Zählschaltung zur Auswertung einer Mehrzahl von hintereinander oder gleichzeitig eingehenden Informationssig- nalen durch Zählung der eingegangenen Informationssignale ist. Hier können also ein oder mehrere Informationssignallei- tungen gleichzeitig bedient werden, sofern die Schaltung dazu in der Lage ist. Es handelt sich dann um einen Eingangssig- nalbus.

Die Zählschaltung besteht beispielsweise aus einer Mehrzahl von hintereinander geschalteten, flankengesteuerten fer- roelektrischen Flipflops, bei denen das zumindest eine Infor- mationssignal in den Takteingang des ersten ferroelektrischen Flipflops der Mehrzahl von hintereinander geschalteten fer- roelektrischen Flipflops eingegeben ist, und der Ausgang von jedem der ferroelektrischen Flipflops bis auf das letzte jeweils auch mit dem Takteingang des dahintergeschalteten ferroelektrischen Flipflops verbunden ist.

Es handelt sich hierbei also um eine übliche Zählerschaltung- sanordnung von Flipflops, bei denen allerdings statt der herkömmlicherweise verwendeten Flipflops ferroelektrische Flipflops zum Einsatz kommen.

Die Erfindung ist auch gerichtet auf ein Verfahren zur Speicherung von in Informationssignalen enthaltenen Informa- tionen. Bezüglich der Vorteile, Effekte und Wirkungen des Verfahrens wird auf das oben Gesagte vollinhaltlich Bezug ge- nommen und hierauf verwiesen.

Die Erfindung ist also gerichtet auf ein Verfahren zur Speicherung von durch zumindest ein Informationssignal repräsentierten oder durch eine Auswertung des zumindest einen Informationssignals erhaltenen Information in zumindest einem ferroelektrischen Flipflop in einem Signalverarbeitung- smittel mit folgenden Schritten : A : Erzeugen zumindest eines Einschaltkontrollsignals aus einem eingegangenen Informationssignal und Erzeugen einer Spannungsversorgung aus im zumindest einen Informationssignal enthaltener Energie ;

B : Aktivieren des Signalverarbeitungsmittels durch das Ein- schaltkontrollsignal und Anlegen der Spannungsversorgung an das Signalverarbeitungsmittel ; C : Speichern einer durch das zumindest eine Informationssig- nal repräsentierten Information und/oder Auswerten einer durch das zumindest eine Informationssignal repräsentierten Information und Speichern der durch die Auswertung erhaltenen Sekundärinformation mittels zumindest einem ferroelektrischen Flipflops ; D : Erzeugen eines Ausschaltkontrollsignals nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach Eingehen des zumindest einen Informa- tionssignals und/oder bei Erschöpfung der aus dem zumindest einen Informationssignal umgewandelten Energie ; und E : Deaktivieren des Signalverarbeitungsmittels durch das Ausschaltkontrollsignal.

Auch beim erfindungsgemäßen Verfahren stehen daher zwei Möglichkeiten für die Bestimmung des Zeitpunkts der Erzeugung eines Ausschaltkontrollsignals zur Verfügung, nämlich zum einen wiederum die einfache Messung eines Zeitablaufs nach Eingehen eines Informationssignals, zum anderen die Messung der noch zur Verfügung stehenden Energie, die aus dem Infor- mationssignal gewonnen wurde. Letzteres kann beispielsweise mittels Abfall der Spannung ermittelt werden. Auch hier ver- steht es sich, daß es beim sukzessiven Eingehen mehrerer In- formationssignale wünschenswert ist, daß das Verfahren nicht dazu führt, daß unabhängig vom Eingehen weiterer Informa- tionssignale, durch das Ausschalten bedingt, diese nicht mehr erfaßt werden können. Vielmehr sollte auch hier Sorge getra- gen werden, daß jeweils die Messung der verstrichenen Zeit ab dem letzten eingegangenen Informationssignal erfolgt und daß die Zeitmessung beim Eingehen eines neuen Informationssignals neu anläuft.

Unter einem Deaktivieren des Signalverarbeitungsmittels im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hierbei zu verste- hen, daß die in den ferroelektrischen Flipflops enthaltenen schaltlogischen Zustände kontrolliert in die ferroelektris- chen Kondensatoren zurückgeschrieben werden, um beim endgültigen Abschalten der Spannungsversorgung den Inhalt si- cher gespeichert zu haben.

Schritt B des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorzugsweise folgende Teilschritte aufweisen : B1 : Aktivieren der Vorladungstransistoren des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops durch Anlegen einer Spannung ; B2 : Deaktivieren der Vorladungstransistoren des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops durch Abschalten der Span- nung ; B3 : Anlegen einer Spannung an ferroelektrische Kondensatoren des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops zur Übertra- gung der in den ferroelektrischen Kondensatoren gespeicherten Information an Logikgatter des zumindest einen ferroelektris- chen Flipflops ; und B4 : Aktivieren der Spannungsversorgung der Logikgatter des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops.

Durch diese Abfolge von Signalen, die auf Spannungsänderungen beruhen, wird ein zuverlässiges Übertragen der zuvor bereits gespeicherten Informationen auf die Logikgatter des fer- roelektrischen Flipflops erreicht.

Auch beim Abschalten des Signalverarbeitungsmittels wird vor- zugsweise eine bestimmte Reihenfolge von Schritten eingehal-

ten. Daher kann Schritt E vorzugsweise folgende Teilschritte aufweisen : E1 : Abschalten einer an ferroelektrischen Kondensatoren des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops anliegenden Span- nung ; E2 : Deaktivieren der Spannungsversorgung der Logikgatter des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops ; E3 : Aktivieren von Vorladungstransistoren des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops durch Anlegen einer Spannung ; und E4 : Deaktivieren der Vorladungstransistoren des zumindest einen ferroelektrischen Flipflops durch Abschalten der Span- nung.

Durch diese Schritte wird der umgekehrte Prozeß durchgeführt, bei dem die an den Logikgattern anliegenden Pegel als zu speichernde Informationen in die ferroelektrischen Kondensa- toren zurückgeschrieben werden.

Vorzugsweise enthält die elektronische Schaltung mehrere fer- roelektrische Flipflops, wobei das Auswerten in Schritt C eine Summenbildung aus dem durch das Informationssignal repräsentierten Wert und einem bereits in den ferroelektris- chen Flipflops gespeicherten Wert beinhaltet.

Vorzugsweise erfolgt die Summenbildung mittels eines Zählvor- gangs, bei dem die Mehrzahl von ferroelektrischen Flipflops in einer Zähleranordnung hintereinander geschaltet sind und ein eingehendes Innformationssignal einen Zählerstand der Zähleranordnung um den Wert 1 erhöht oder erniedrigt.

Eine solche Erhöhung bzw. Erniedrigung um den Wert 1 kommt natürlich nur in Frage, wenn lediglich ein Eingang für ein

Informationssignal vorhanden ist. Beim möglichen gleichzeiti- gen Eingehen oder nacheinander Eingehen mehrerer Informa- tionssignale über verschiedene Eingänge muß der Wert entspre- chend erhöht oder erniedrigt werden.

Die in dem zumindest einen ferroelektrischen Flipflop gespeicherte Information kann beispielsweise in zumindest ein Ausgangssignal umgewandelt und aus der elektronischen Schal- tung ausgegeben werden. Dieser zusätzliche Verfahrensschritt stellt sicher, daß die durch die Informationssignale gewon- nene Information auch tatsächlich einem Anwender zur Ver- fügung gestellt werden kann.

Die Erfindung ist ebenfalls auf die Verwendung ferroelektris- cher Flipflops gerichtet. Bezüglich der Effekte, Vorteile und Wirkungen einer solchen Verwendung wird auf das oben Gesagte Bezug genommen und vollinhaltlich verwiesen.

Die Erfindung ist demgemäß gerichtet auf die Verwendung fer- roelektrischer Flipflops für elektronische Schaltungen, wobei die elektronische Schaltung Informationssignale erfassen und/oder auswerten kann und Ergebnisse der Erfassung und/oder Auswertung in zumindest einem ferroelektrischen Flipflop gespeichert werden können, wobei diese Verwendung dadurch gekennzeichnet ist, daß die gesamte zur Erfassung, Bearbei- tung und Speicherung notwendige Energie aus dem Informations- signal generiert werden kann.

Hierbei kann die Auswertung eine Zählung der eingehenden In- formationssignale beinhalten. Die elektronische Schaltung kann die eingehenden Informationssignale dabei aufwärts oder abwärts zählen.

Insbesondere wird eine Verwendung bevorzugt, die dadurch gek- ennzeichnet ist, daß die elektronische Schaltung in einem Flüssigkeitszähler verwendet wird. Unter einem Flüssig- keitszähler wird in der vorliegenden Erfindung ein Gerät ver- standen, das in der Lage ist, den Durchfluß einer Flüssigkeit durch einen Querschnitt, beispielsweise ein Rohr oder eine Rinne, zu bestimmen und die gesamte ab einem Startzeitpunkt durch den Querschnitt hindurchgeflossene Flüssigkeitsmenge aufzusummieren. Flüssigkeitszähler müssen häufig über lange Zeiträume am Ort des Einbaus verbleiben, ohne daß sie über eine externe Stromversorgung verfügen können. Hier ist also ein besonders interessantes Anwendungsbeispiel für die vor- liegende Erfindung, da bisherige elektrische Flüssig- keitszähler den Austausch von Batterien benötigten.

Demzufolge ist die Erfindung schließlich auch gerichtet auf einen Flüssigkeitszähler zur Bestimmung des Durchflusses von Flüssigkeiten durch eine System, welches aufweist : einen Sen- sor, der in Abhängigkeit einer durch das System hin- durchströmenden Flüssigkeitsmenge, Informationssignale gener- ieren kann oder generiert ; und eine erfindungsgemäß aufge- baute elektronische Schaltung zur Zählung der vom Sensor gen- erierten Informationssignale, wobei die Informationssignale die einzige Energiequelle für die elektronische Schaltung sind.

Im folgenden soll die Erfindung an allgemeinen Aus- führungsbeispielen erläutert und im einzelnen dargestellt werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in den folgendes dargestellt ist :

Figur 1 zeigt in schematisierter Darstellung eine Aus- führungsform der elektronischen Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ; Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer elektronis- chen Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der zusätzlich eine Anzeigeneinheit vorgesehen ist ; Figur 3 zeigt einen in der folgenden Erfindung verwendetes ferroelektrisches Flipflop mit nur NOR-Gattern ; Figur 4 zeigt ein weiteres in der Erfindung verwendbares fer- roelektrisches Flipflop mit NAND-Gattern ; Figur 5 zeigt einen weniger abstrakten Schaltplan des in Figur 3 dargestellten ferroelektrischen Flipflops zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung ; Figur 6 zeigt ein ferroelektrisches Flipflop, das durch zusätzliche Logikgatter flankengesteuert ist und einen Dividierer bildet ; Figur 7 zeigt eine Zählerschaltung mit den in Figur 6 gezeigten flankengesteuerten Flipflops ; Figuren 8A und 8B zeigen einen beispielhaften zeitlichen Ver- lauf der Kontroll-und Informationssignale sowie der Spannungsversorgung bei einer erfindungsgemäßen elek- tronischen Schaltung.

Figur 1 zeigt die schematisierte Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer elektronischen Schaltung gemäß der vor- liegenden Erfindung. Die elektronische Schaltung 1 weist

zunächst einen Eingang 5 auf, über den mittels einer Signal- leitung ein Informationssignal in die elektronische Schaltung 1 gelangen kann. Das Informationssignal wird auf einem Sig- nalverteiler 7 den verschiedenen Funktionseinheiten zuge- führt. Ein Energiemittel 2 erhält das Informationssignal, um daraus eine Spannungsversorgung, gegebenenfalls sogar mit me- hreren unterschiedlichen Spannungen, je nach den Bedürfnissen der elektronischen Schaltung 1, erzeugen zu können.

Ein Kontrollmittel 3 erhält ebenfalls das Informationssignal, um so in die Lage versetzt zu werden, in zeitlich gesteuerter Abfolge Kontrollsignale beziehungsweise zumindest ein Kon- trollsignal produzieren zu können.

Die für die Spannungsversorgung und die verschiedenen Kon- trollsignale verwendeten Spannungen bemessen sich nach der Art des verwendeten Schaltungslayouts und der zum Einsatz kommenden Bauelemente, jedoch ebenfalls nach der Spannung, die die eingehenden Informationssignale aufweisen. Diese bes- timmt sich typischerweise aus der Spannung, die von einem Sensor oder etwas ähnlichem, der die Informationssignale gen- eriert, erzeugt wird.

Während bei der Darstellung in Figur 1 Energiemittel 2 und Kontrollmittel 3 als getrennte Einheiten dargestellt sind, ist es genauso möglich, beide Mittel zu einer funktionellen und operativen Einheit zusammenzufassen. Tatsächlich wird aus Vereinfachungs-und Kostenersparnisgründen in der Praxis häufig lediglich eine einzige Schaltung verwendet werden, die sowohl in der Lage ist, eine Spannungsversorgung zu generi- eren als auch geeignete Kontrollsignale zu erzeugen.

Die vom Energiemittel 2 zur Verfügung gestellte Spannungsver- sorgung wird über den Spannungsversorgungsbus 9 sowohl dem Kontrollmittel 3 als auch dem Signalverarbeitungsmittel 4 zugeführt. Dieses erhält darüber hinaus das Informationssig- nal über den Signalverteiler 7 sowie beim Eintreffen eines Informationssignals ebenfalls das Kontrollsignal über zu- mindest eine Kontrollsignalleitung beziehungsweise einen Kon- trollsignalbus 8. Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Schaltung liegt also darin, daß das Informationssignal, das am Eingang 5 eingegangen ist, aufgesplittet und verschiedenen Verwendungen zugeführt wird. Zum einen wird ein Teil der darin enthaltenen Energie verwendet für eine Spannungsversor- gung, zum anderen wird auch der Zeitpunkt des Eintreffens verwendet, um Kontrollsignale zum Aktivieren und Deaktivieren der eigentlichen Auswerteeinheit zur Verfügung zu stellen, und schließlich wird das Informationssignal der eigentlichen Signalverarbeitungseinheit zugeführt, wo es entweder nur gespeichert oder ausgewertet und dann beispielsweise im Falle eines Stromausfalls oder nach einem Zeitablauf in den fer- roelektrischen Flipflops gespeichert wird. Das Signalverar- beitungsmittel 4 kann unterschiedlichste Arten der Verarbei- tung beziehungsweise der Auswertung von Informationssignalen zur Verfügung stellen. Typische Anwendungen umfassen ver- schiedenste Arten von Zählern, wie beispielsweise asynchrone oder synchrone Dualzähler, Zähler mit umschaltbaren Zählvor- richtung, Zähler mit Vorwärts-und Rückwärtseingang, BCD- Zähler und Vorwahlzähler und auch Schieberegister. Auch an- dere Verschaltungslogiken können realisiert werden, beispiel- sweise solche, bei denen mehr als ein Informationssignal gleichzeitig eingeht und bei denen logische Verknüpfungen zwischen den Informationssignalen hergestellt werden, deren Ergebnis schließlich in einem ferroelektrischen Flipflop, auch bei Stromausfall, gespeichert werden kann.

Voraussetzung für den Betrieb der erfindungsgemäßen elektro- nischen Schaltung 1 ist, daß die am Eingang 6 eingehenden In- formationssignale einen hinreichenden Energieinhalt auf- weisen, um die elektronische Schaltung 1 mit Energie versor- gen zu können. Solche Energiemengen, die in der Größenordnung zwischen 10 und 100 nJ liegen, werden beispielsweise von ak- tiven Wandlern wie beispielsweise induktiven oder piezoelek- trischen Sensoren geliefert. Da somit genügend Energie zur Verfügung steht, wird zumindest für den eigentlichen Zählvor- gang keine zusätzliche Spannungsversorgung mehr benötigt.

In Figur 1 ist ebenfalls ein Signalausgang dargestellt, durch den die in den ferroelektrischen Flipflops gespeicherte In- formation beziehungsweise bei andauerndem Betrieb die jeweils aktuell an den Logikgattern anliegende Information der fer- roelektrischen Flipflops ausgelesen werden kann. Im einfach- sten Fall handelt es sich um eine einzelne Signalleitung, die am Ausgang 6 herausgeführt ist. Wenn nur eine binäre Darstel- lung, also 1 beziehungsweise 0, als Information in den fer- roelektrischen Flipflops gespeichert ist, reicht es aus, diese einfach auszulesen. Wenn jedoch mittels mehrerer fer- roelektrischer Flipflops mehrere Bit-Informationen im Signal- verarbeitungsmittel 4 zwischengespeichert sind, kann es not- wendig sein, entweder mehrere Signalleitungen nach außen zu führen, die die Ausgänge der verschiedenen ferroelektrischen Flipflops gleichzeitig nach außen geben oder eine zusätzliche Schaltung bereitstellen, die in einer zeitlichen Abfolge die einzelnen Bits der verschiedenen ferroelektrischen Flipflops nacheinander über den Ausgang 6 ausgeben kann.

Figur 2 zeigt eine Modifikation eines weiteren Aus- führungsbeispiels einer elektronischen Schaltung gemäß der

vorliegenden Erfindung, bei der gegenüber Figur 1 noch ein Anzeigenmittel 10 mit beispielsweise einer LCD-Anzeige 11 hinzugekommen ist. Im in der Figur 2 dargestellten Aus- führungsbeispiel wird das Anzeigenmittel 10 vom Spannungsver- sorgungsbus 9 ebenfalls mit Energie versorgt und werden die in den ferroelektrischen Flipflops des Signalverarbeitung- smittels gespeicherten Informationen ebenfalls an das Anzei- genmittel 10 ausgegeben. Hierbei kann das Anzeigenmittel 10 entweder direkt mit den Ausgängen der ferroelektrischen Flip- flops verbunden sein oder, wie in Figur 2 dargestellt, von der gleichen Ausgangssignalleitung mit bedient werden, die auch am Ausgang 6 Informationen liefert.

Im folgenden sollen die in der erfindungsgemäßen elektronis- chen Schaltung sowie in dem erfindungsgemäßen Verfahren ver- wendeten ferroelektrischen Flipflops näher beschrieben wer- den.

Figur 3 zeigt in schematisierter Darstellung ein ferroelek- trisches Flipflop. Dieses weist die bei herkömmlichen Flip- flops bekannten Elemente auf, insbesondere zwei Logikgatter, hier NOR-Gatter 12,13, die über jeweils einen Eingang SET beziehungsweise RESET angesteuert werden können, sowie zwei Inverter 20,21, die über interne Datenleitungen QBint 22 und Qint 23 mit den NOR-Gattern 12,13 verbunden sind und die in- vertierten Ergebnisse der Logikgatter über die Ausgänge Q be- ziehungsweise QB ausgeben können. Uber diesen bekannten Auf- bau hinausgehend weisen ferroelektrische Flipflops jedoch weitere spezifische Elemente auf. Diese sind zum einen die charakteristischen ferroelektrischen Kondensatoren 14,15, die über eine Leitung PL mit Spannung versorgt werden können.

Hinzu kommen die Vorladungstransistoren 18,19, welche über die Leitung PRECH aktiviert werden können und über die Lei-

tung VPRECH mit Spannung versorgt werden können. Optional können die weiteren Kapazitäten 16,17 vorgesehen sein. Die NOR-Gatter der beiden Schaltungen sind symmetrisch ausgelegt, so daß der Zustand, der beim Einschalten eingenommen wird, von der Ladung an den Netzen Qint 23 und QBint 22 abhängt, wenn die Eingänge SET und RESET zu diesem Zeitpunkt nicht ak- tiv sind. Die Ladung an den Netzen Qint 23 und QBint 22 wird vor dem Einschalten der Logikgatter aus den Ferrokondensato- ren 14,15 ausgelesen und entspricht dem zuletzt eingenomme- nen Zustand des Flipflops vor dem letzten Ausschalten. Das Auslesen der ferroelektrischen Kondensatoren erfolgt nach dem im folgenden skizzierten Schema.

Zuerst werden die internen Datenleitungen 22,23 über die Vorladungstransistatoren 18,19 und das zugehörige Steuersig- nal PRECH auf eine bestimmte Spannung VPRECH, beispielsweise 0 Volt, vorgeladen. Um dies zu erreichen dürfen die NOR- Gatter noch nicht mit Betriebsspannung versorgt werden.

Danach werden die Transistoren 18,19 wieder abgeschaltet.

Dadurch sind die Netze Qint 23 und QBint 22 hochohmig.

Nun wird Signal PL, das bis jetzt auf gleichem Potential wie VPRECH gehalten wurde, auf eine bestimmte Spannung hochge- fahren. Durch die kapazitiven Spannungsteiler, die sich aus den ferroelektrischen Kondensatoren und den Kapazitäten 16, 17 der Netze Qint 23 und QBint 22 ergeben, erfolgt nun ein Ladungsausgleich. Die Kapazitäten 16,17 können entweder nur aus Bauteileeingangs-oder Verdrahtungskapazitäten bestehen oder zusätzlich um tatsächlich realisierte Kapazitäten ver- größert werden. Um sicherzustellen, daß der Wert dieser Kapazitäten unabhängig von der Beschaltung am Ausgang der ferroelektrischen Flipflops ist, sind die internen Datenlei- tungen Qint 23 und QBint 22 durch zwei Inverter 20,21 von

den eigentlichen Ausgängen der Schaltung Q und QB abgekop- pelt. Ist jedoch das Schaltwerk, in dem das ferroelektrische Flipflop eingesetzt wird, bekannt, können die Ausgangsin- verter eventuell weggelassen werden. Je nach eingespeichertem Zustand der ferroelektrischen Kondensatoren ist nun das Po- tential der einen internen Datenleitung (Qint 23 oder QBint 22) nach dem Ladungsausgleich größer als das Potential der anderen Datenleitungen. Das Potential des Eingangs PL kann nun entweder auf dem höheren Potential gehalten werden oder wieder auf VPRECH verringert werden.

Nun wird die Spannungsversorgung der NOR-Gatter eingeschal- tet, so daß das Flipflop in einen der beiden möglichen Zustände einrastet, je nachdem welche Spannungen an den in- ternen Datenleitungen Qint 23 und QBint 22 anliegen. Wichtig dabei ist, daß die Eingänge der NOR-Gattern weiterhin nicht aktiv sind, daß heißt, daß SET und RESET auf Logisch LOW sein müssen. Nach dem Einschalten und Ausschalten dieses Vorgangs können die ferroelektrischen Flipflops wie gewöhnliche Flip- flops betrieben werden.

Figur 4 zeigt ein weiteres ferroelektrisches Flipflop zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung, das dem in Figur 3 gezeigten Flipflop entspricht, jedoch anstelle der NOR-Gatter 12,13 NAND-Gatter 24,25 verwendet. Die internen Datenlei- tungen sind dementsprechend getauscht.

Figur 5 zeigt in einer konkreter ausgestalteten, nur noch leicht schematisierten Darstellung eine konkretere Aus- führungsform des in Figur 3 allgemein gezeigten ferroelek- trischen Flipflops zur Verwendung mit der vorliegenden Er- findung. Die beiden NOR-Gatter 12,13 sowie die beiden

Inverter 20,21 sind hier mit ihren jeweils zum Einsatz kom- menden Transistoren gezeichnet.

Im folgenden wird beschrieben, wie das in Figur 5 dar- gestellte ferroelektrische Flipflop betriebsbereit gemacht wird. Zunächst werden die beiden Vorladungstransistoren 18, 19 über das Signal PRECH aktiviert. Danach wird die Span- nungsversorgung VDD auf einen geeigneten Wert, beispielsweise 3 Volt, hochgefahren. Nunmehr werden die Vorladungstransisto- ren 18,19 abgeschaltet und die Spannung am Eingang PL auf einen VDD entsprechenden Wert, beispielsweise 3 Volt erhöht, so daß die beiden Ubertragungsschalttransistoren 30,31 ak- tiviert werden, was dazu führt, daß die in den ferroelektris- chen Kondensatoren 14,15 enthaltene Information auf die in- ternen Datenleitungen 22,23 transferiert wird. Zu diesem Zeitpunkt sind also die ferroelektrischen Kondensatoren sowie die Inverter mit Strom versorgt. Erst danach wird die Versor- gungsspannung der beiden NOR-Gatter 12,13 eingeschaltet, in- dem die Signale NSET und PSET auf die verwendete Spannung, beispielsweise 3 Volt, hochgefahren wird, was dazu führt, daß die beiden Logikschalttransistoren 32,33 aktiviert werden und dann eine Spannung zwischen VDD und VSS an den Transisto- ren anliegt.

Die Figur 5 zeigt weiterhin einen Transistor für die Logik- gatter 28, der die positive Spannungsversorgung der NOR- Gatter 12,13 auf ein festes Potential VSS zieht, wenn am Signal PRECH eine Spannung angelegt wird.

Die Deaktivierung des in Figur 5 gezeigten ferroelektrischen Flipflops erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Zuerst wird das Signal PL abgeschaltet. Daraufhin erfolgt das Abschalten der Spannungsversorgung der NOR-Gatter 12,13 durch Abschalten

von NSET. Danach werden die Vorladungstransistoren 18,19 durch ein Signal an PRECH aktiviert, um Störimpulse an den ferroelektrischen Kondensatoren zu vermeiden. Schließlich wird die Versorgungsspannung als solche abgeschaltet und zu- letzt das Signal PRECH der Vorladungstransistoren 18,19.

Die zuvor geschilderten ferroelektrischen Flipflops können in den elektronischen Schaltungen gemäß der vorliegenden Er- findung beziehungsweise im Verfahren der vorliegenden Er- findung in mannigfaltiger Weise eingesetzt werden. Im folgen- den soll eine konkrete Anwendung beschrieben werden, mit der ein aus mehreren hintereinander geschalteten ferroelektris- chen Flipflops bestehender Zähler realisiert wird. Es ver- steht sich jedoch, daß auch andere Schaltungsanordnungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung realisiert werden können, beispielsweise solche, bei denen mehrere eingehende Informa- tionssignale gleichzeitig miteinander in bestimmter Art und Weise miteinander verknüpft werden können.

Figur 6 zeigt zunächst, wie ein ferroelektrisches Flipflop 26, wie in Figur 5 dargestellt, mit einer zusätzlichen Logik- schaltung versehen wird, um daraus ein flankengesteuertes Flipflop zu machen, das zugleich eine Dividierfunktion er- füllt, das heißt bei jeder fallenden Flanke eines Informa- tionssignals den Zustand an einem der Ausgänge Q, QB ändert.

Die Schaltung 34 stellt eine Dividiereinheit da, die jedoch gleichzeitig eine spezielle Ausprägung eines Flipflops dar- stellt, wie dem Fachmann bekannt ist.

Jeweils zwei NOR-Gatter 35,36 und zwei NAND-Gatter 37,38 sind mit einem mit CLK bezeichneten Eingang für das Informa- tionssignal verbunden. Die Bezeichnung CLK zeigt daher, daß es sich hierbei um ein auch taktsteuerbares Flipflop handelt,

bei dem dann ein Taktsignal (CLOCK) an diesem Eingang ange- legt werden kann. Die beiden bereits aus Figur 5 bekannten Eingänge NSET und PSET des ferroelektrischen Flipflops 26 werden in der Schaltungsanordnung der Figur 6 über einen Inverter zusammengefaßt, so daß beide von einem gemeinsamen Eingangssignal, das wiederum als NSET bezeichnet wird, angesteuert werden. In der Schaltungsanordnung der Figur 6 ist ein weiterer Eingang ENABLE vorgesehen, der aktiviert sein muß, damit ein am Eingang CLK eintreffendes Informa- tionssignal von den NOR-Gattern 35,36 weitergereicht wird an die Eingänge SET beziehungsweise RESET des ferroelektrischen Flipflops 26.

Figur 7 zeigt schließlich die Integration mehrerer dieser Di- vidiervorrichtungen 34 in einer Zähleranordnung. Wie hier erkennbar ist, wird das über den Eingang CLK eingehende In- formationssignal lediglich an die erste Dividierschaltung 34 in der Abfolge von Dividierschaltungen eingespeist. Der Aus- gang Q des ferroelektrischen Flipflops ist weitergeführt zum Eingang CLK des nächsten ferroelektrischen Flipflops bezie- hungsweise der nächsten Dividiereinheit 34. Die Leitungen für die Kontrollsignale PRECH, PL, NSET und schließlich das in Figur 6 hinzugekommene ENABLE (Eingang ist hier CLKEN) ent- sprechen den Abbildungen 5 und 6.

Jeweils mit der Flanke eines an CLK eingehenden Informations- signals ändert sich der Zustand des ersten flankengesteuerten ferroelektrischen Flipflops 34. Das gleiche geschieht mit dem zweiten flankengesteuerten ferroelektrischen Flipflop 34 in der Anordnung, das am Eingang CLK Signale vom Ausgang Q des ersten flankengesteuetrten ferroelektrischen Flipflops erhält. Dies bedeutet, daß lediglich bei jedem zweiten Infor- mationssignal der Zustand des Ausgangs Q am zweiten flank-

engesteuerten ferroelektrischen Flipflop 34 wechselt. Somit ist eine Zählschaltung zustandegekommen, bei der das linke flankengesteuerte ferroelektrische Flipflop das weniger sig- nifikante Bit repräsentiert ; das am weitesten rechts befind- liche das höchstwertige Bit. Die Zahl der hintereinander geschalteten ferroelektrischen Flipflops bestimmt dabei die maximale Anzahl an eingehenden Informationssignalen. Bei acht hintereinander geschalteten ferroelektrischen Flipflops 34 kann beispielsweise der dezimale Zahlenbereich zwischen 0 und 255 (entsprechend 0000 0000 bis 1111 1111 binär) dargestellt werden.

Anhand der Graphiken der Figur 8 soll nunmehr der zeitliche Ablauf eines Zählvorgangs durch die in Figur 7 gezeigte Schaltung verdeutlicht werden. In der Graphik werden zwei nacheinander ablaufende Signalerfassungszyklen gezeigt. Figur 8 zeigt den zeitlichen Verlauf der an verschiedenen Ein-bzw.

Ausgängen der Schaltung anliegenden Spannungen in ihrem zeitlichen Verlauf. Auf der Abszisse ist der Zeitablauf in ns dargestellt, während auf den verschiedenen Ordinaten die jeweils anliegenden Spannungen der Signale dargestellt sind.

Die Anordnung untereinander ermöglicht eine Beurteilung des zeitlichen Ablaufs der Signale zueinander.

Wie oben erläutert, wird zunächst die Spannung am Eingang PRECH angelegt, um die Vorladungstransistoren 18,19 zu ak- tivieren. Das Signal PRECH wird vom Kontrollmittel 3 ge- bildet. Unmittelbar danach wird die Betriebsspannung VDD an das Gesamtsystem angelegt. Diese Spannung wird vom Energie- mittel 2 generiert. Wie in Figur 8B dargestellt führt dies dazu, daß bei den drei, hier exemplarisch gezeigten, fer- roelektrischen Flipflops 34 an den jeweiligen Ausgängen QO bis 2 ebenfalls eine Spannung anliegt. Unmittelbar nach Ein-

schalten der Betriebsspannung VDD wird die Spannung am Ein- gang PRECH abgeschaltet.

Nunmehr erzeugt das Kontrollmittel 3 eine Spannung am Eingang PL der ferroelektrischen Flipflops, der zur Deaktivierung der Ubertragungsschalttransistoren 30,31 und damit zur Transfer- ierung der in den ferroelektrischen Kondensatoren 14,15 gespeicherten Informationen auf die internen Datenleitungen 22,23 führt. Wie in Figur 8B gezeigt, nehmen zu diesem Zeit- punkt die Ausgänge der drei exemplarisch gezeigten ferroelek- trischen Flipflops die definierten Pegelzustände ein, in die- sem Fall also 0, da in den ferroelektrischen Flipflops 26 noch keine Informationen gespeichert sind. Im Anschluß er- zeugt das Kontrollmittel 3 eine Spannung am Eingang NSET (und in einigen Ausführungsformen auch am Eingang PSET), was zur Aktivierung der Logikschalttransistoren 33 (und eventuell 32) führt, so daß die Betriebsspannung der NOR-Gatter 12,13 be- ziehungsweise bei Verwendung von NAND-Gattern der NAND-Gatter 24,25, eingeschaltet wird.

In der vorliegenden experimentellen Anwendung einer er- findungsgemäßen elektronischen Schaltung werden keine einzeln eingehenden Informationssignale verwendet. Vielmehr wird, wie in Figur 8B, unterste Linie, gezeigt, ein Takt erzeugt, der an den Eingang CLK angelegt ist. Die in den in Figur 7 zum Einsatz kommenden ferroelektrischen Flipflops beziehungsweise Dividierern 34, (siehe Figur 6) weisen einen zusätzlichen Eingang auf, der nötig ist, um eine Übertragung des an dem Eingang CLK anliegenden Informationssignals auf die Eingänge des ferroelektrischen Flipflops 26 zu ermöglichen, nämlich den Eingang ENABLE. Erst nachdem das Kontrollmittel 3 eine Spannung an den Eingang ENABLE anlegt, (siehe Figur 8B, un- terste, durchgezogene Signallinie), führt das Auftreten der

an den Eingang CLK angelegten Informationssignale zu einer Reaktion an den Ausgängen der ferroelektrischen Flipflops be- ziehungsweise Dividierer 34. Mit der fallenden Flanke des er- sten nach dem Einschalten des ENABLE-Eingangs eingehenden In- formationssignals ändert sich am Ausgang des ersten der hin- tereinander geschalteten ferroelektrischen Flipflops das Aus- gangssignal von Pegel 0 auf Pegel Logisch 1. Nach Abfall des zweiten eingehenden Informationssignals ändert sich der Pegel wieder auf Logisch 0, woraufhin der Pegel am Ausgang des da- hinter geschalteten ferroelektrischen Flipflops auf Logisch 1 geht. Im zeitlichen Verlauf des Versuchs wird nunmehr ein Ab- schaltvorgang simuliert, wie er bei einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung durch das Kontrollmittel nach Ablauf einer bestimmten Zeit nach Eingehen eines letzten Informa- tionssignals oder beim zu erwartenden Abfall der Spannungs- versorgung auf Grund von Energiemangel erfolgen würde.

Im Fall des gezeigten Experiments wird dieser Abfall nur simuliert, da das Taktsignal am Eingang CLK weiter anliegt.

Zum Deaktivieren der erfindungsgemäßen ferroelektronischen Flipflops werden zunächst das ENABLE-und das PL-Signal ab- geschaltet. Danach wird die Spannungsversorgung der Logikgat- ter abgeschaltet, indem das Signal NSET abgeschaltet wird.

Dadurch wird erreicht, daß die in den drei ferroelektrischen Flipflops enthaltenen Informationen richtig in die ferroelek- trischen Kondensatoren zurückgeschrieben werden. Nun werden kurzzeitig die Vorladungstransistoren 18,19 aktiviert, die Gesamtspannungsversorgung abgeschaltet und zuletzt die Vorla- dungstransistoren deaktiviert.

Im Anschluß wird in dem Experiment ein weiterer Signalerfas- sungszyklus eingeleitet. Der Ablauf entspricht dem oben

beschriebenen ersten Aktivieren der elektronischen Schaltung.

Wie in Figur 8B gezeigt, werden allerdings die in den fer- roelektrischen Kondensatoren 14,15 gespeicherten Informa- tionen der einzelnen ferroelektrischen Flipflops in die Logikgatter zurückschrieben, so daß sich, entsprechend dem Zustand vor dem letzten Abschalten an den Ausgängen des er- sten und zweiten der Reihe von ferroelektrischen Flipflops ein Pegel von Logisch 1 einstellt. Die von den drei fer- roelektrischen Flipflops repräsentierte Information ent- spricht somit dem Binärwert 011, das heißt einen Dezimal- zahlenwert von 3. Nach wiederum Einschalten des ENABLE- Signals werden wieder drei Informationssignale gezählt, so daß am Ende dieser Informationssignalerfassungsphase die drei ferroelektrischen Flipflops den Binärwert 110 (entsprechend dem Dezimalzahlenwert 6) enthalten. Schließlich ist in Figur 8 noch eine weitere Deaktivierungssequenz gezeigt, die wiederum dazu führt, daß diese an den Ausgängen der fer- roelektrischen Flipflops 26 anliegenden Informationen in die jeweiligen ferroelektrischen Kondensatoren 14,15 transferi- ert werden.

Mit dem in Figur 8 gezeigten experimentellen Signalerfas- sungsvorgang konnte gezeigt werden, daß es mit der er- findungsgemäßen elektronischen Schaltung tatsächlich möglich ist, die in den ferroelektrischen Flipflops enthaltenen In- formationen zwischenzuspeichern und beim Wiederauftreten von Signalen beziehungsweise von Spannung wiederherzustellen.