Четырехуровневый одноразрядный сумматор

 

ЧЕТЫРЕХУРОВНЕВЫЙ ОДНОРАЗРЯДНЫЙ СУММАТОР, содержащий восемь п-р-п транзисторов, р-п-р транзистор и многоколлекторный р-п-р транзистор, база первого п-р-п транзистора соединена с первым коллектором того же транзис1:ора и входной шиной первого, слагаемого сумматора, база второго п-р-п транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входнойшиной второго слагаемого сумматора , вторые коллекторы первого и второго и -р-п транзисторов подключены к базе и первому коллектору р-п-р транзистора, третьи коллекторы первого и второго п-р-п транзисторов подключены к базе третьего и-р-п транзистора и к первому коллектору миогоколлекторного р-п-р транзистора, коллектор третьего п-р-п транзистора соединен с базой и первым коллектором четвертого и-р-и транзистора и подключен к второму коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора, коллектор пятого п-р-п транзистора еое .динен с базой и первым коллектором шестого h-р-И транзистора и подключен .к третьему коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора, вторые коллекторы четвертого и шестого п-р-п транзисторов подключены к базе и пер .вому коллектору седьмого п-р-п транзистора , а также к четвертому коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора , второй коллектор седьмого п-р-п транзистора соединен с пятым коллектором многоколлекторного р-п-р транзистора и выходной шиной переноса сумматора, база и первый коллектор восьмого и-p-ti транзистора соединены с входной шиной третьего слагаемого сумматора, эмиттеры всех П-р-п транзисторов и база многоколлекторного p-rt-p транзистора соединены с шиной нулевого потенциала, эмиттер р-п-р транзистора и эмиттер (Л многоколлекторного р-п-р транзистора соединены с шиной питания сумматора , отличающийся тем, что, с целью упрощения четырехуровневого одноразрядного сумматора, второй коллектор первого п-р-п транзистора соединен с вторым коллектором , восьмого h-p-л транзистора, третий I р, коллектор первогоп-р-п транзистора соединен с третьим коллектором восьСП мого и-р-п транзистора, четвертые коллекторы первого, второго и восьмого п-р-и транзисторов подключены vj . к базе пятого п-р-п трангзистора, а 4 также кшестому коллектору многокол-; лекторного р-п-р транзистора, второй коллектор р-п-р транзистора соединен с выходной шиной суммы cyMiijraтора , а также с третьими, четвертыми , пятыми и шестыми коллекторами четвертого и шестого п-р-п транзисторов .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК! (19) (11), 3(51) 06 Е 7 50

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ . (()КЗБЛ9

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

БЬЫИОТЕЫА (21). 3504673/18-24 (22) 26.10.82 (46) 30.05.84 Бюл. М 20 (72) Н.И.Чернов и Ю.И.Рогоэов (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова (53) 681.325.5(088.8) (56) 1. Анторское свидетельство СССР

9 907543, кл. С 06 F 7/50, 1980.

2. IEEE Transactions on computer, с-26, 1977, vo E. 26, )) 12, р. 1239

fig. 11с (прототип). (54)(57) ЧЕТЫРЕХУРОВНЕВЫЙ ОДНОРАЗРЯДНЫЙ СУММАТОР, содержащий восемь и-р-и транзисторов, р-п-р транзистор и многоколлекторный р-п-р транзистор, база первого и-р-п транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной шиной первого . слагаемого сумматора, база второго п-р-п транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной шиной нторого слагаемого.сумматора, вторые коллекторы первого и второго и -р-и транзисторов подключены к базе и первому коллектору р-и-р транзистора, третьи коллекторы первого и второго и --р-и транзисторов подключены к базе третьего и -р- о транзистора и к первому коллектору многоколлекторного р-и-р транзистора, коллектор третьего и -р-и транзистора соединен с базой и первым коллектором четвертого Yl--p- и транзистора и подключен к второму коллектору многоколлекторного р-и-р транзистора, коллектор пятого l1--p- и транзистора сое.динен с базой и первым коллектором шестого и -р-й транзистора и подключен .к .третьему коллектору многоколлектор- ного р-rl-p транзистора, вторые коллекторы четвертого и шестого п-р- и транзисторов подключены к базе и первому коллектору седьмого n-p-n транзистора, а также к четнертому коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора, второй коллектор седьмого и-р-и транзистора соединен с пятым коллектором многоколлекторного р-и-р транзистора и выходной шиной переноса сумматора, база и первый коллектор восьмого и -р-И транзистора соединены с входной шиной третьего слагаеМого сумматора, эмиттеры всех

tl-p-итранзисторов и база многоколлекторного р-и-р транзистора соединены с шиной нулевого потенциала, Я эмиттер р-n-p транзистора и эмиттер многоколлекторного р-И-р транзистора соединены с шиной питания сумматора, отличающийся тем, С что, с целью упрощения четырехуровневого одноразрядного сумматора, вто-Я рой коллектор первого и --р-и транзис-, тора соединен с вторым коллектором восьмого h --р-и транзистора, третий коллектор первого и -р-и транзистора соединен с третьим коллектором вось- мого и -р-и транзистора, четвертые коллекторы первого, второго и восьмого и-р-и транзисторов подключены ,к базе пятого и -р-и транзистора, а также к-шестому коллектору многокол-. ! лекторного р-и-р транзистора, второй коллектор р-п-р транзистора соединен с выходной шиной суммы сумматора, а также с третьими, четнертыми, пятыми и шестыми коллекторами фв, четвертого и шестого n-p-n транзисторов.

1095174

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и может быть использовано при построении больших интегральных схем обработки информации.

Известен одноразрядный сумматор на инжекционных элементах, содержащий пять Il ð-И транзисторов, многоколлекторный токозадающий р-п-ð транзистор и шесть переинжектирующих р-rI-р транзисторов (1) .

Недостатком этого сумматора явля- 10 ется ограниченность функциональных возможностей, выражающаяся в невозможности суммирования четырехуровневых сигналов.

Известен также четырехуровневый 15 одноразрядный сумматор, содержащий восемь И -р-rl транзисторов, р-h"ð транзистор и многоколлекторный р-и-р транзистор, база первого rl-p-h транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной шиной первого слагаемого сумматора, база второго п -р- h транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной шиной нторого слагаемого сумматора, вторые коллекторы первого и второго rl-p-И транзисторов подключены к базе и первому коллектору р-и-р транзистора, третьи коллекторы первого и второго И -р-И транзисторов подключены к базе третье го rl-p-ri транзистора и к первому коллектору многоколлекторного р-И -р транзистора, коллектор третьего и-р-и транзистора соединен с базой и первым коллектором четвертого h --p- u транзистора и подключен к второму коллектору многоколлекторного р-И-р транзистора, коллектор пятого rI -р-И транзистора соединен с базой и первым коллектором шестого h -p-й тран- 40 эистора и подключен к третьему коллектору многоколлекторного р-и-р транзистора, вторые коллекторы четвертого и шестого И -р-и транзисторов подключены к базе и первому коллектору седьмого И -р-Il транзистора, а также к четвертому коллектору многоколлекторного р-n-p транзистора, второй коллектор седьмого rI --р-h транзистора соединен с пятым коллектором многоколлекторного р-И-р транзистора

50 и выходной шиной переноса сумматора, база и первый коллектор восьмого

И-р-Ьтранэистора соединены с входно шиной третьего слагаемого сумматора, эмиттеры всех h -р-и транзисторов и база многоколлекторйого р-h-p транзистора соединены с шиной нулевого потенциала, эмиттер р-и-р транзистора и эмиттер многоколлекторного р-h-p транзистора соединены с шиной пи- 60 тания сумматора. Сумматор содержит также три дополнительных и -р- И транзисторов и дополнительный р-и -р транзистор(2).

Недостатком известного четырехуровненого одноразрядного сумматора является сложность конструкции, выражающаяся н большом числе транзисторов.

Цель изобретения — упрощение четырехуровневого одноразрядного сумматора.

Поставленная цель достигается тем, что четырехуронненый одноразрядный сумматор, содержащий носемь

tl--p-rI транэисторон, р-П-р транзистор и многоколлекторный р-h-ð транзистор, база первого и-р-и транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной шиной первого слагаемого сумматора, база второго и-р-и транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной шиной второго слагаемого сумматора, вторые коллекторы первого и второго и-р-и транзисторов подключены к базе и первому коллектору р-и-р транзистора, третьи коллекторы первого и второго И -р-h транзисторов под-, ключены к базе третьего rl--p-и транзистора и к первому коллектору многоколлекторного р-и-р транзистора, коллектор третьего И-р-и транзистора соединен с базой и первым коллектором четвертого n --p- h транзистора и подключен к второму коллектору многоколлекторного р-и-р транзистора, коллектор пятого И-р- h транзистора соединен с базой и первым коллектором шестого И -р-И транзистора и подключен к третьему коллектору многоколлекторного р-ll-p транзистора, вторые коллекторы четвертого и шестого и-р-и транзисторов подключены к базе и первому коллектору седьмого и-р-и транзистора, а также к четвертому коллектору многоколлекторного р-rI-р транзистора, второй коллектор седьмого

И-р-rI транзистора соединен с пятым коллектором многоколлекторного р-И-р транзистора и выходной шиной переноса сумматора, база и первый коллектор носьмого rI -р-И транзистора соединены с входной шиной третьего слагаемого сумматора, эмиттеры всех

h-p-и транзисторой и база многоколлекторного р-И-р транзистора соединены с шиной нулевого потенциала, эмиттер р-h-р транзистора и эмиттер многоколлекторного р-И-р транзистора соединены с шиной питания сумматора, второй коллектор первого n -p- и транзистора соединен с вторым коллектором восьмого rl-p-h транзистора, третий коллектор первого И -р-И транзистора.соединен с третьим коллектором восьмого rI — p-И транзистора, четвертые коллекторы первого, второго и восьмого п -р-И транзисторов подключены к базе пятого п -р- N транзистора, а также к шестому коллектору многоколлекторного р-И-р транзистора, второй коллектор р-n-p транзистора, соединен с выходной шиной суммы суммато,1095174 р, (Õ„+X2+ Хэ) К-(Х,+х +Х )Я(К-4)

p) --(х, +х2+ х ) 82х-(х,+ х + хз) Ь (2к -1) .

10 Для переноса

:, Р*Р,+ Р

В рассматриваемом случае К =4, поэтому записанные выражения приобре15 тают вип,:

5=К,+ Х2 ХЗ 4Р„-4Р И где

p=p p

2 ра, а также с третьими, четвертыми, Пятыми и шестыми, коллекторами четвер-, того и шестого ц -Р-и транзисторов.

На чертеже приведена принципиальная схема четырехуровневого одноразрядного сумматора.

Четырехуровневый комбинационный сумматор содержит первый, второй и третий и-р-и транзисторы 1 — 3, выполняющие функцию суммирования входных переменных Х„, Х 2, Х (E), токо. вый повторитель на р-п-р транзисторе 4, пятый и шестой и-р- л транзисторы 5 и б выполняют функцию пороговых детекторов, пороги задаются токозадающим р-ч-р транзистором 7, п-р-и транзисторы 8 и 9 выполняют функцию умножителей входного тока и функцию сумматоров, которые формируют замечание выходных функций суммы и переноса, и -p-И транзистор 10 формирует вытекающий выходной ток функции переноса. Входные втекающие четырехуровневые сигналы Х Х Х

2 3 (величины токов в относительных единицах могут принимать значения 25

О, 1, 2, 3) подаются, соответственно, на базы и первые коллекторы транзисторов 1 — 3) .

Функционирование устройства может быть описано аналитически на основе базиса (+,—,,Я, О, 1, ..., К-1>. где +, —, ° — арифметические операции сложения, вычитания и умножения соответственно,.8 — опера-. ция многозначного обоб-З5 щения конъюнкции, О, 1...К-1 — константы, К вЂ” значность логики.

Х.+ Х+Х> при к;, 4 — Х„+ Х2+ Х -4 при 4 Kx; с8

X„+ Х2+ X>-4-4 при 1. х; з 8

Таким образом О < g б 3, т.е. яв- ляется четырехуровневым сигналом.

Сигнал переноса принимает эначе- 4 ния

1 2

О при р=р-0 р= 1 при р =1 р -0

< 2

2 при Р, =Р2=1, т.е. является трехуровневым сигналом.

В диапазоне значений входных сигналов формируемый на выходе устройства код определяется следующим образом. При Х1=Х -Х =О, Р-О, 8=0 ир следовательно, выходной код 0,0. При

Х =Х =Х3=3 имеем:

55 из выражения (2) р, =934-9/3=1 из выражения (3) р =9(,8-95 7=1 из выражения (1) 8=9-4-4=1 из выражения (4) р=1+1=2, т.е. на выходе формируется код . 60

21(4) 9(ю)

Таким образом, при X = X =X3-"0 входные токи транзисторов 1-3 равны нулю. Транзисторы 1 — 3 закрыты. Сле довательно, входные токи транзисто- б5

Закон функционирования устройства описывается в этом базисе следующими выражениями: для суммы

, 5 =X,8X29X> = X,+Х,+ХЗ-КР,-XVZ, где

Р =(Х,+ Х +Хз) g 4-(Х,+Х Х )83 (2) р --(X 4Х +Xq)В8-(X i Х +Х ))Х (4) Поскольку Х„ принимают значения из множества (0. 1, 2, 33, то значеI ние суммы входных сигналов может

I находиться в интервале от О до 9.

Сигналы Р и Р принимают значения

О, если Е х; < 4

1

1 3

1, если х;> 4, 1 з

О, если .х„.с8

1, если КХ;> 8 I

Сигнал суммы принимает значения (и, следовательно Р, =Р2 =О) (т ° е ° при Р1 =1 i Р2 =О) (т.е. при р =р =1).

2 ров 4 — б соответственно равны О, 3, 5, 7, 5 единиц. Коллекторный ток транзистора 4 (токового повторителя) равен нулю. Транзисторы 5 и б переходят в состояние насыщения, отбирая входные токи транзисторов 8 и 9, коллекторные токи которых равны нулю, поэтому выходной сигнал суммы равен нулю, а входной ток транзистора 10 не отбирается коллекторами транзисторов 8 и 9. Входной ток транзистора 10 равен двум единицам, но коллекторный ток также равен двум единицам, а выходной сигнал переноса равен О.

Если входные токи транзисторов

1 — 3 допустим равны трем единицам, то коллекторные токи транзисторов

1 — 3 также равны трем единицам. Объединенные коллекторы транзисторов

1 — 3 отбирают ток равный девяти единицам. В этом случае транзисторы 5 и б закрыты, а коллекторный ток транзистора 4 равен девяти единицам.

1095174

Составитель A.Ñòåïàíoâ

Техред С.Легеза Корректор С.Шекмар

Редактор М.Товтин

Заказ 3599/31 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал,.ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Так как транзисторы 5 и 6 закрыты, то входные токи транзисторов 8 и 9 равны единице. Поэтому через коллекторы транзисторов 8 и 9, объединен- ные с базой транзистора 10, отбирает« ся ток равный двум единицам, следовательно, входной и коллекторный токи транзистора 10 равны нулю, а выходной ток переноса равен двум единицам. Так как площади коллекторов транзисторов 8 и 9, объединенных с 1О выходной шиной суммы, в четыре раза больше площади коллекторов, соединенных с их базами, то через эти коллекторы отбираются токи в четыре раза больше, чем их выходные токи. Поэто= му из коллекторного тока транзистора 4, равного девяти единицам, отбирается ток равный восьми единицам.

Следовательно, выходной сигнал суммы равен единице: 8--1, р=2.

Таким образом, за-счет введения новых связей удаления более чем на треть сокращается число используемых в сумматоре транзисторов по сравнению с прототипом. Это приводит, в свою очередь, к повышению технологичности и уменьшению площади, занимаемой сумматором на кристалле.