7 V, dual positive-edge-triggered master-slave J-K flip-flop with preset, clear and complementary output The 54LS109DMQB is a dual J-K positive-edge-triggered flip-flop manufactured by National Semiconductor (NS). It is part of the 54LS series, which is designed for military and aerospace applications, offering high reliability and performance over a wide temperature range. The device operates with a supply voltage range of 4.5V to 5.5V and is characterized by low power consumption, typical of the LS (Low Power Schottky) family. It features separate J and K inputs, clock (CLK) input, preset (PRE), and clear (CLR) inputs, with complementary outputs (Q and Q̅). The 54LS109DMQB is available in a ceramic dual in-line package (DIP) and is designed to meet the stringent requirements of military specifications, including extended temperature ranges and high reliability.

7 V, dual positive-edge-triggered master-slave J-K flip-flop with preset, clear and complementary output# 54LS109DMQB Technical Documentation

## 1. Application Scenarios

### Typical Use Cases
The 54LS109DMQB is a dual positive-edge-triggered J-K flip-flop with preset and clear capabilities, primarily employed in  digital logic systems  requiring reliable state storage and sequential operations. Common applications include:

-  Frequency Division Circuits : Utilized as binary dividers in clock generation systems, where each flip-flop stage halves the input frequency
-  Shift Registers : Forms the basic building block for serial-to-parallel or parallel-to-serial data conversion systems
-  Counters : Essential component in ripple counters and synchronous counting applications
-  Control Logic : Implements state machines for sequence control in automated systems
-  Data Synchronization : Aligns asynchronous data signals with system clocks

### Industry Applications
-  Military/Aerospace Systems : Radiation-hardened version for avionics and defense equipment (54-series military temperature range: -55°C to +125°C)
-  Industrial Control Systems : Process automation controllers where reliability under harsh conditions is critical
-  Telecommunications Equipment : Timing recovery circuits and digital signal processing units
-  Test and Measurement Instruments : Digital storage oscilloscopes and logic analyzers
-  Automotive Electronics : Engine control units and safety systems requiring robust operation

### Practical Advantages and Limitations

 Advantages: 
-  Low Power Consumption : Typical power dissipation of 20mW per flip-flop
-  High Noise Immunity : Standard LS-TTL noise margin of 400mV
-  Wide Temperature Range : Military-grade operation from -55°C to +125°C
-  Reliable Operation : Preset and clear functions ensure predictable startup states
-  Fast Operation : Typical propagation delay of 15ns (clock to output)

 Limitations: 
-  Limited Speed : Not suitable for high-frequency applications above 35MHz
-  Power Supply Sensitivity : Requires stable 5V ±5% supply voltage
-  Fan-out Constraints : Maximum of 10 LS-TTL unit loads
-  Clock Edge Sensitivity : Only responds to positive clock transitions
-  Package Constraints : 16-pin ceramic dual in-line package may limit high-density designs

## 2. Design Considerations

### Common Design Pitfalls and Solutions

 Pitfall 1: Metastability in Asynchronous Inputs 
-  Issue : Direct application of asynchronous signals to preset/clear inputs can cause metastable states
-  Solution : Synchronize asynchronous signals through two flip-flop stages before critical use

 Pitfall 2: Clock Skew in Parallel Configurations 
-  Issue : Unequal clock distribution in multi-flip-flop systems causes timing violations
-  Solution : Implement balanced clock tree distribution with equal trace lengths

 Pitfall 3: Power Supply Noise 
-  Issue : LS-TTL devices are susceptible to power supply transients
-  Solution : Use 0.1μF decoupling capacitors within 0.5" of each power pin

 Pitfall 4: Unused Input Handling 
-  Issue : Floating inputs can cause excessive current draw and erratic behavior
-  Solution : Tie unused J, K, preset, and clear inputs to Vcc through 1kΩ resistors

### Compatibility Issues with Other Logic Families

 TTL Compatibility: 
- Direct interface with other 54LS/74LS series components
- Compatible with standard TTL (74-series) with proper fan-out calculations
- Requires level shifting for interfacing with CMOS families (4000 series, 74HC)

 CMOS Interface Considerations: 
-  LS to CMOS : May require pull-up resistors for proper logic high levels
-  CMOS to LS : Ensure CMOS device can source 0.4mA for logic high and sink 8mA for logic low