Логический элемент на переключении тока

 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности, к логическим элементам на переключении тока и может быть использовано в сверхскоростных интегральных схемах для построения комбинационной части логических схем. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей логического элемента на переключении тока путем реализации функции трех переменных. Логический элемент на переключени тока содержит семь транзисторов , резистор, два источника тока, две шины опорного напряжения, три входа, выход , шесть дополнительных транзисторов и дополнительный источник тока. Введение шести дополнительных транзисторов, дополнителього источника тока и третьего входа позволяет расширить функциональные возможности логического элемента за счет реализации функции трех переменных F - xi X2 хз + Х1-Х2-ХЗ при обеспечении максимального быстродействия и сохранении стабильности уровня логического О на выходе без использования диодного фиксатора потенциалов . 1 ил,, 1 табл.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц5 Н 03 К 19/086

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4802831/21 (22) 24.01,90 (46) 30.03.92. Бюл. N. 12 и (71) Ленинградское объединение электронного приборостроения "Светлана" (72) А,П,Голубев и С.Л,Афиногенов (53) 621.374(088.8) (56) 1. Алексеенко А.Г. и Шагурин И,И. Микросхемотехника. M. Радио и связь, 1982, с. 115 — 118;

2. Микросхемы интегральные, Кристалл

К1520ХМ2. Исходные данные по проектированию заказных матричных БИС на базовом матричном кристалле И60.734,i06, 1984, с. 43-44, 54.

3. Руководящий документ. Микросхемы интегральные матричные на основе базовоI

ro матричного кристалла С-200. Правила проектирования РДбМ 194 — 88, 1988, с. 97. (54) ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ НА. ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ ТОКА (57) Изобретение относится к импульсной технике, в частности, к логическим элеменИзобретение относится к импульсной технике, в частности к логическим элементам на переключении тока, и может быть использовано в сверхскоростных интегральных схемах для построения комбинационной части логических схем.

В ряде случаев при построении ЭСЛ схемы, выполненной на двух уровнях переключения тока, требуется реализовать функцию

F(x1, Х2, x3) = х1 х2 хз+ х1 х2 x3, причем задержка переключения от любой переменной при этом должна быть минимальна.,, 4 „„1723670 А1 там на переключении тока и может быть использовано в сверхскоростных интегральных схемах для построения комбинационной части логических схем. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей логического элемента на переключении тока путем реализации функции трех переменных. Логический элемент на переключени тока содержит семь транзисторов, резистор, два источника тока, две шины опорного напряжения, три входа, выход, шесть дополнительных транзисторов и дополнительный, источник тока. Введение шести дополнительных транзисторов, дополнител ього источника тока и третьего входа позволяет расширить функциональные возможности логического элемента за счет реализации функции трех переменных F-=x1 х2 x3 + x1 х2 хз при обеспечении максимального быстродействия и сохранении стабильности уровня логического "0" на выходе без использования диодного фиксатора потенциалов. 1 ил„1 табл, Известен метод построения функций трех переменных на одном переключаемом токе при трех ярусах его переключения (1).

Однако при стандартном пороге насыщения

Ока < — IЛ Ол/21, ГДЕ ЬUa — ЛОГИЧЕСКИЙ перепад на выходе, в схеме, построенной этим методом, происходит насыщение переключающего транзистора при комбина ции х1 = x2 = О, хз - 1. Кроме того, задержка прохождения сигнала, подаваемого на нижний ярус, оказывается значительно больше задержки прохождения сигнала, подаваемого на верхний ярус, Кроме того, значительное число БМК

ЭСЛ-типа ориентировано на два уровня пе1723670 реключения тока, что также заставляет ограничиваться двумя уровнями, Известны элементы (2), выполненные на двух и более токовых ключах, с двумя уровнями переключения тока, причем максимальная задержка таких элементов примерно равна задержке одного токового ключа.

Однако в элементе, построенном данным образом, через резистор, формирующий логический перепад, может одновременно протекать 0 1, 2 и более токов токовых ключей, Для стабилизации уровня логического нуля в элемент введен параллельно этому резистору ограничительный диод, что, однако, не позволяет сохранять достаточно стабильный уровень логического нуля и приводит к увеличению задержки.

Наиболее близким по технической сущности является элемент (31, реализующий функцию R(x1i x2) = x1 x2 + х .х2 на двух уровнях переключения тока, т,е. он формирует функцию, являющуюся частным случаем требуемой, при хз = О.

Недостатком этого элемента является невозможность реализации функции F(x>„ хг, хз) = х1 х2 x3 + х1 х2.х3 от трех пере. менных, каждая из которых отлична от сопя.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей логического элемента на переключении тока путем реализацйи функции трех переменных.

Цель достигается тем, что в логический элемент на переключении тока, содержащий семь транзисторов, резистор, два источника газа, две шины опорного напряжения, два входа и выход, причем первый и второй транзисторы выполнены с объединенными эмиттерами, которые подключены к первому источнику тока, коллектор первого транзистора соединен с эмиттерами третьего и четвертого транзисторов, коллектор второго — с эмиттерами пятого и шестого транзисторов, а база — с первой шиной опорного напряжения, базы четвертого и пятого транзисторов объединены и подключены к второй шине опорного напряжения, база первого транзистора соединена с эмиттером седьмого и с вторым источником тока, база седьмого транзистора соединена с первым входом, базы третьего и шестого транзисторов соединены с вторым входом, коллекторы четвертого и шестого транзисторов подключены к первому выводу резистора и к выходу, коллекторы третьего и пятого транзисторов подключены к коллектору седьмого транзистора и второму выводу резистора, согласно изобретению, введены шесть дополнительных транзисторов дополнительный источник тока, третий вход, причем эмиттеры первого и второго дополнительных транзисторов соединены с дополнительным источником то5 ка, коллектор первого дополнительного транзистора соединен с эмиттерами третьего и четвертого дополнительных транзисторов, база первого дополнительного транзистора соединена с эмиттером седь10 мого транзистора, база второго дополнительного транзистора — с первой шиной опорного напряжения, база третьего дополнительного транзистора — с базами пятого и шестого дополнительных тран15 зисторов и с третьим входом, а коллектор— с коллекторами пятого дополнительного и шестого транзисторов, база четвертого дополнительного транзистора соединена с второй шиной опорного напряжения, а

20 коллектор — с коллекторами второго и шестого дополнительных и третьего транзисторов, эмиттер пятого дополнительного транзистора соединен с эмиттером пятого транзистора, эмиттер шестого дополнитель25 ного транзистора — с эмиттером третьего транзистора.

Предложенный элемент обладает новизной и существенными отличиями. Введение дополнительных элементов, указанных в

30 формуле изобретения, позволяет реализоватьфункциюF(x), хг,хз)=х1 хг x3+x1 хг х3, причем через резистор протекает одновременно не более одного тока первого источника тока или первого дополнительного

35 источника тока, и поэтому не требуется подключения ограничительного диода, а задержка практически равна задержке схемы, реализующей функцию R(x1, хг).

Ни одного известного элемента, позво40 ляющего реализовать аналогичную функцию аналогичным образом, не обнаружено.

На чертеже представлена электрическая схема логического элемента на переключении тока, реализующего функцию:

45 Г(х1, х2, хз) = х1 х2 хз+ xi х2 хз.

Логический элемент на переключении тока содержит семь транзисторов 1-7, резистор 8, два источника 9, 10 тока, две шины

11, 12 опорного напряжения, два входа 13 и

50 14 и выход 15, причем первый и второй транзисторы 1, 2 выполнены с объединенными эмиттерами, которые подключены к первому источнику 9 тока, коллектор первого транзистора 1 соединен с эмиттерами

55 третьего и четвертого транзисторов 3, 4, коллектор второго транзистора 2 — с эмиттерами пятого и шестого транзисторов 5, 6, а база — с первой шиной 11 опорного напряжения, базы четвертого и пятого транзисто1723670 ров 4, 5 подключены к второй шине 12 опорного напряжения, база первого транзистора 1 соединена с эмиттером седьмого транзистора 7 и с вторым источником 10 тока, база седьмого транзистора 7 соединена с первым входом 13, базы третьего и шестого транзисторов 3, 4 соединены с вторым входом 14, коллекторы четвертого и шестого транзисторов 4, 6 подключены к.первому выводу резистора 8 и к выходу 15, коллекторы третьего и пятого транзисторов 3, 5 подключены к коллектору седьмого транзистора 7 и второму выводу резистора 8.

В элемент введены шесть дополнительных транзисторов 16 — 21, дополнительный источник 22 тока, третий вход 23, причем эмиттеры первого и второго дополнительных транзисторов 16, 17 соединены с дополнительным источником 22 тока, коллектор первого дополнительного траНзистора 16 соединен с эмиттерами третьего и четвертого дополнительных транзисторов 18, 19; база первого дополнительного транзистора 16 соединена с эмиттером седьмого транзистора 7, база второго дополнительного транзистора 17 — с первой шиной 11 опорного напряжения, база третьего дополнительного транзистора 18 — с базами пятого и шестого дополнительных транзисторов

20, 21 и с третьим входом 23, а коллектор— с коллекторами пятого дополнительного транзистора 20 и коллектором шестого транзистора 6, база четвертого дополнительного транзистора 19 соединена с вто-. рой шиной 12 опорного напряжения, а коллектор — с коллекторами второго и шестого дополнительных транзисторов 17; 21 и коллектором третьего транзистора 3, эмиттер пятого дополнительного транзистора 20 соединен с эмиттером пятого транзистора

5, а эмиттер шестого дополнительного транзистора 21 - с эмиттером третьего транзистора 3.

Логический элемент на переключении тока функционирует следующим образом.

На входы 13, 14, 23 подаются сигналы, . соответствующие уровню логического "0" или "1". В таблице представлены пути протекания токов первого источника тока 9 (l1) и дополнительного источника 22 тока (h) при различных комбинациях входных сигналов (всего комбинаций 2" = 8), а также значение на выходе 15 (в случае, когда один из токов протекает через резистор 8, на выходе 15 формируется уровень логического

"0", в противном случае — уровень логической "1").

Как следует из таблицы, логический элемент действительно реализует функцию

10

F(x<, х2, хз) - х1 xz хз + x>.xz .хз, причем одновременно через резистор 8 протекает не более одного тока (или 11, или lz), т,е. уровень логического "О" остается постоянным.

Таким образом, предложенный логический элемент по сравнению с известным позволяет реализовать функцию от трех переменных, т.е. расширить функциональные воэможности, и при этом задержка остается практически равной задержке элемента, реализующего функцию от двух переменных.

15. Формула изобретения

Логический элемент на переключении тока, содержащий семь транзисторов, резистор, два источника тока, две шины опор- ного напряжения, два входа и выход, 20 первый и второй транзисторы выполнены с объединенными эмиттерами, которые под-. ключены к первому источнику тока, коллектор первого транзистора соединен с эмиттерами третьего и четвертого транзи25 сторов, коллектор второго — с эмиттерами пятого и шестого транзисторов, а база — с первой шиной опорного Напряжения, базы четвертого и пятого транзисторов подключены к второй шине опорного напряжения.

30 база первого транзистора соединена с эмиттером седьмого и с вторым источником тока, база седьмого транзистора соединена с первым входом, базы третьего и шестого транзисторов соединены с вто-

35 рым входом, коллекторы четвертого и шестого транзисторов подключены к первому выводу резистора и к выходу, коллекторы третьего и пятого транзисторов подключены к коллектору седьмого транзистора и

40 второму выводу резистора, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в элемент введены шесть дополнительных транзисторов, дополнительный источник тока, третий

45 вход, причем эмиттеры первого и второго до пол нител ьн ых транзисторов соединен ы с дополнительным источником тока, коллектор первого дополнительного транзистора соединен с эмиттерами третьего и

50 четвертого дополнительных транзисторов, база первого дополнительного транзистора соединена с эмиттером седьмого транзистора,,база второго дополнительного транзистора — с первой шиной опорного

55 напряжения, база третьего дополнительного транзистора — с базами пятого и шестого дополнительных транзисторов и с третьим входом, а коллектор — с коллекторами пятого дополнительного транзистора и коллектором шестого транзистора, база чет1723670

Пути протекания токов источников I> и Iz

П р и м е ч а н и е, Протекание тока по пути коллектор —.эмиттер транзистора с номером I обозначено как Ть а протекание тока через резистор 8 как R, Запись — (Ti+ Т1) —,-означает, что ток протекает параллельно через оба транзистора (после них он вновь складывается), 23

Составитель А. Яков

Редактор Т. Лошкарева Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик

Заказ. 1070 Тираж Подписное

В НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 вертого дополнительного транзистора соединена с второй шиной опорного напряжения, а коллектор — с коллекторами второго и шестого дополнительных транзисторов и коллектором третьего транзистора, эмиттер пятого дополнительного транзистора соединен с эмиттером пятого транзистора, а эмиттер шестого дополнительного транзистора — с змиттером третье5 ro транзистора.