Тактируемый логический элемент и-или

Авторы патента:

H03K19/20 - отличающиеся по реализуемой логической операции, например схемы "И", "ИЛИ", "НЕ-ИЛИ", "НЕ" (H03K 19/003- H03K 19/01 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2515702:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для реализации каскадных логических устройств конвейерного типа. Техническим результатом является уменьшение потребляемой мощности. Тактируемый логический элемент И-ИЛИ содержит предзарядовый транзистор 1 p-типа, тактовый транзистор 2 n-типа, тактовый транзистор 3 p-типа, логический транзистор 4 p-типа и логический блок 5, содержащий ключевые цепи 6-7, включенные параллельно между выходом 8 логического блока 5 и тактовой шиной 9. Каждая ключевая цепь состоит из последовательно соединенных транзисторов n-типа, затворы которых подключены к логическим входам 10 элемента. 1 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для реализации каскадных логических устройств конвейерного типа.

Известен тактируемый логический элемент с функцией И-ИЛИ на КМДП транзисторах (патент РФ №2275737, МКИ Н03К 19/01 от 06.12.2004). В нем используются тактируемый элемент И-ИЛИ-НЕ с предзарядом, выход которого подключен к входу тактируемого в противофазе инвертирующего элемента. Недостатком элемента является избыточное потребление мощности за счет сквозного тока в цепи инвертирующего элемента при восстановлении исходного состояния. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является тактируемый логический элемент И-ИЛИ на КМДП транзисторах (Патент РФ №2368072, от 24.03.2008, МКИ Н03К 19/01 (2006.01). Это устройство, принятое за прототип, содержит содержит логический блок в виде ключевых цепей на транзисторах n-типа, предзарядовые транзисторы p- и n-типов, тактовые транзисторы p- и n-типов и логический транзистор p-типа. Недостаток этого устройства - избыточная потребляемая мощность при переключении элемента в состояние логической 1 вследствие тока, протекающего через открытый предзарядовый транзистор p-типа.

Технической задачей, решаемой в изобретении, является снижение потребляемой мощности.

Поставленная цель достигается тем, что тактируемый логический элемент И-ИЛИ, содержащий предзарядовый транзистор p-типа, тактовые транзисторы n-типа и p-типа, логический транзистор p-типа и логический блок, содержащий ключевые цепи, включенные параллельно между выходом логического блока и тактовой шиной, каждая ключевая цепь состоит из последовательно соединенных транзисторов n-типа, затворы которых подключены к логическим входам элемента, тактовый транзистор n-типа, затвор которого подключен к тактовой шине, включен между выходом элемента и шиной земли, затворы логического транзистора p-типа и предзарядового транзистора p-типа подключены соответственно к выходу логического блока и выходу элемента, логический транзистор p-типа включен между выходом элемента и противофазной тактовой шиной, тактовый транзистор p-типа, затвор которого соединен с противофазной тактовой шиной, и предзарядовый транзистор p-типа включены последовательно между шиной питания и выходом логического блока.

Существенными отличительными признаками в указанной совокупности признаков является наличие противофазной тактовой шины с соответствующими новыми связями транзисторов p-типа - логический транзистор p-типа включен между выходом элемента и противофазной тактовой шиной, тактовый транзистор p-типа, затвор которого соединен с противофазной тактовой шиной, и предзарядовый транзистор p-типа включены последовательно между шиной питания и выходом логического блока. Наличие в предлагаемом устройстве перечисленных выше существенных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - уменьшение потребляемой мщности.

В устройстве-прототипе при формировании на выходе элемента сигнала логической 1 (при поступлении нулевого сигнала на тактовую шину) предзарядовый транзистор p-типа открыт, в результате чего через данный транзистор и проводящую ключевую цепь протекает сквозной ток от шины питания на тактовую шину, с чем связано избыточное потребление мощности, не связанное с перезарядом узловых емкостей. При этом возрастает время перезаряда емкости выхода логического блока, что также ведет к избыточному энергопотреблению

В заявленном устройстве в том же процессе переключения цепь питания предзарядового транзистора p-типа прерывается за счет закрывающегося тактового транзистора p-типа по сигналу на противофазной тактовой шине. В результате сквозной ток отсутствует и снижается потребляемая мощность. Благодаря парафазному тактированию потребляемая мощность расходуется только на перезаряд узловых емкостей. При этом устройство содержит на один транзистор меньше, чем устройство-прототип, что также служит уменьшению емкостных нагрузок и в итоге уменьшению потребляемой мощности.

На чертеже приведена принципиальная схема заявленного устройства на примере двух двухвховых элементов И (элемента 2И-2ИЛИ).

Тактируемый логический элемент И-ИЛИ содержит предзарядовый транзистор 1 p-типа, тактовый транзистор 2 n-типа, тактовый транзистор 3 p-типа, логический транзистор 4 p-типа и логический блок 5, содержащий ключевые цепи 6-7, включенные параллельно между выходом 8 логического блока 5 и тактовой шиной 9. Каждая ключевая цепь состоит из последовательно соединенных транзисторов n-типа, затворы которых подключены к логическим входам 10 элемента. Тактовый транзистор 2 n-типа, затвор которого подключен к тактовой шине 9, включен между выходом 11 элемента и шиной земли 12, а логический транзистор 4 p-типа, затвор которого соединен с выходом 8 логического блока 5, включен между противофазной тактовой шиной 13 и выходом 11. Тактовый транзистор 3 p-типа, затвор которого соединен с противофазной тактовой шиной 13, и предзарядовый транзистор 1 p-типа, затвор которого соединен с выходом 11 элемента, включены последовательно между шиной питания 14 и выходом 8 логического блока 5.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии - на первом полутакте, при положительном сигнале на тактовой шине 9 тактовый транзистор 2 n-типа открыт, логический транзистор 4 p-типа работает в инверсионном режиме (на противофазной тактовой шине 13 нулевой сигнал) и конденсатор 15, представляющий собой узловую нагрузку, разряжается до 0. Ключевые цепи 6 и 7 либо закрыты, либо работают в инверсионном режиме. Тактовый транзистор 3 p-типа открывается и конденсатор 16, являющийся узловой емкостью, через открытый предзарядовый транзистор 1 p-типа заряжается до напряжения пмтания. Логический транзистор 4 p-типа при этом закрывается. На первом полутакте на логических входах 10 устанавливаются сигналы, соответствующие выполняемой функции.

На втором полутакте на тактовую шину 9 поступает нулевой, а на противотактовую шину 13 положительный сигналы. Тактовый транзистор 2 при этом закрывается и подготавливает выход 11 устройства к формированию логического сигнала. При выполняемой функции по И, равной 0, ключевые цепи 6 и 7 не проводят, и состояние выхода выхода 8 логического блока 5 и выхода 11 устройства 11 устройства не изменяется и соответствует исходному - нулевому. Когда на затворы транзисторов n-типа хотя бы одной из ключевых цепей 6-7 поданы сигналы логической 1, что соответствует функции И, равной 1, соответствующая ключевая цепь оказывается в проводящем состоянии и узловая емкость (конденсатор 16) выхода 8 логического блока 5 разряжается до нулевого уровня напряжения на тактовой шине 9. Логический транзистор 4 p-типа при этом открывается и поскольку на противофазной тактовой шине 13 напряжение питания на выходе 11 элемента формируется сигнал логической 1.

Тактируемый логический элемент И-ИЛИ, содержащий предзарядовый транзистор p-типа, тактовые транзисторы n-типа и p-типа, логический транзистор p-типа и логический блок, содержащий ключевые цепи, включенные параллельно между выходом логического блока и тактовой шиной, каждая ключевая цепь состоит из последовательно соединенных транзисторов n-типа, затворы которых подключены к логическим входам элемента, тактовый транзистор n-типа, затвор которого подключен к тактовой шине, включен между выходом элемента и шиной земли, затворы логического транзистора p-типа и предзарядового транзистора p-типа подключены соответственно к выходу логического блока и выходу элемента, отличающийся тем, что логический транзистор p-типа включен между выходом элемента и противофазной тактовой шиной, тактовый транзистор p-типа, затвор которого соединен с противофазной тактовой шиной, и предзарядовый транзистор p-типа включены последовательно между шиной питания и выходом логического блока.

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных системах автоматического управления, передачи информации. Техническим результатом является повышение быстродействия и создание элементной базы вычислительных устройств, работающих на принципах многозначной линейной алгебры.

Логический элемент "и" с многозначным внутренним представлением сигналов // 2509413

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может быть использовано в различных цифровых структурах и системах автоматического управления, передачи информации.

Логический элемент "и" с многозначным внутренним представлением сигналов // 2509412

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления, передачи информации.

Адресный идентификатор // 2491626

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в системах аналоговой вычислительной техники как средство предварительной обработки информации.

Троичный к-моп-с логический элемент "не" // 2481701

Изобретение относится к логическим полупроводниковым К-МОП интегральным схемам. .

Троичный к-моп-с логический элемент "или-не" // 2468510

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Дискретно-аналоговое устройство // 2434284

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для реализации как логических, так и арифметических операций с дискретными и аналоговыми значениями нулей и единиц.

Тактируемый многовходовый элемент и // 2412542

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для реализации КМДП логических устройств конвейерного типа. .

Троичный инвертор на кмоп транзисторах // 2373639

Изобретение относится к цифровой технике и может использоваться для выполнения логической функции инвертирования в троичных устройствах. .

Устройство логических и арифметических операций с дискретными и аналоговыми значениями нулей и единиц // 2356090

Радиочастотный безопасный логический элемент "не" // 2533447

Изобретение относится к высокочастотной измерительной технике и может быть использовано для создания специализированных вычислительных структур и построения на их основе контроллеров для создания критичных систем управления железнодорожным транспортом. Техническим результатом является повышение надежности работы за счет обеспечения перехода элемента в безопасное состояние в случае попадания на вход смеси сигналов при коротком замыкании в аппаратном устройстве. Устройство содержит смеситель, полосовые фильтры, вычислители огибающей сигнала, аналоговые ключи, сумматоры, пороговые элементы, сумматор по модулю два, элементы И. 1 ил.

Радиочастотный безопасный логический элемент "и" // 2533449

Изобретение относится к высокочастотной измерительной технике и может быть использовано для создания специализированных вычислительных структур и построения на их основе контроллеров для создания критичных систем управления железнодорожным транспортом. Техническим результатом является повышение надежности работы за счет обеспечения перехода элемента в безопасное состояние в случае попадания на вход смеси сигналов при коротком замыкании в аппаратном устройстве. Устройство содержит смесители, фильтр верхних частот, сумматоры, полосовые фильтры, вычислители огибающей сигнала, вычитатели, пороговые элементы, аналоговые ключи. 1 ил.

Многозначный сумматор по модулю k // 2546082

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления, передачи и обработки цифровой информации и т.п. Технический результат - повышение быстродействия устройств преобразования информации. Многозначный сумматор по модулю k содержит три токовых входов, три выходных транзисторов с объединенными базами, два источника напряжения смещения, три выходных транзисторов другого типа проводимости с объединенными базами, пять токовых зеркал, две шины источника питания. 4 ил.

Устройство для преобразования трафика // 2591649

Изобретение относится к области информационно-вычислительных сетей и может быть использовано при проектировании сетей связи следующего поколения (NGN). Технический результат заключается в повышении производительности информационно-вычислительных сетей и в увеличении скорости передачи в каналах связи путем преобразования входного потока информационно-вычислительных сетей с произвольным законом распределения интервалов времени между пакетами в заданный закон распределения, в частности в пуассоновский. Объектом преобразования является одномерная плотность распределения интервалов времени между пакетами входного потока. Устройство осуществлено на элементах вычислительной техники: логических элементах И и ИЛИ, буферной памяти, счетчика, счетного триггера, вычислительного устройства. Устройство отличается от известных тем, что можно произвольный входной поток пакетов преобразовать в закон с заданной функцией распределения интервалов времени между пакетами. 3 ил.

Способ и устройство для проверки логики работы информационно-управляющих систем // 2595633

Изобретение относится к способам испытаний информационно-управляющих систем (ИУС), которые должны формировать необходимые управляющие команды в зависимости от условий обстановки, которые определяются поступающими на вход ИУС информационными сигналами, путем формирования и использования необходимых и достаточных испытательных тестов, сформированных по результатам математического планирования эксперимента. Технический результат заключается в обеспечении автоматизации процесса испытаний ИУС. Технический результат достигается за счет проверки логики работы информационно-управляющих систем, которая включает формирование совокупности необходимых и достаточных испытательных тестов, а также контроль допустимых отклонений времени формирования выходного сигнала для проверки соответствия ИУС заданным требованиям, и формирования минимального числа последовательностей входных сигналов для испытаний ИУС, проверка на которых гарантирует правильную работу ИУС, как и полная совокупность последовательностей входных сигналов для испытаний ИУС. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Многофункциональное логическое устройство // 2610247

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики и функциональных узлов систем управления. Технический результат заключается в обеспечение реализации для любого количества аргументов булевых функций вида X1~…~Xn, X1⊕…⊕Xn, симметричных булевых функций с прямым и инверсным вхождением аргументов в конъюнкцию. Технический результат достигается за счет многофункционального логического устройства, которое содержит информационные входы, входы задания ранга, вход задания количества переменных, два настроечных входа, выход устройства, сумматор, элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ, схему сравнения, элемент НЕ и мультиплексор. 1 ил., 3 табл.

Многовходовый логический элемент и // 2613853

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для реализации логических устройств на КМДП транзисторах. Технический результат заключается в упрощении устройства. Многовходовой логический элемент И содержит предзарядовый 1 и логический 2 транзисторы p-типа, тактовый 3 и дополнительный 4 транзисторы n-типа и ключевую цепь 5, состоящую из последовательно соединенных логических транзисторов n-типа, затворы которых подключены к логическим входам 6 устройства, первый вывод 7 ключевой цепи 5 соединен с затвором логического транзистора 2 p-типа, который включен между выходом 8 устройства и шиной питания 9, второй вывод 10 ключевой цепи 5 соединен с затвором тактового транзистора 3 n-типа, который включен между выходом устройства и шиной земли 11, дополнительный транзистор 4 n-типа, затвор которого соединен с выходом 8 устройства, включен между первым 7 и вторым выводами 10 ключевой цепи, предзарядовый транзистор 1, затвор которого соединен с выходом 8 устройства, включен между первым выводом 7 ключевой цепи 5 и шиной питания 9, а второй 10 вывод ключевой цепи 5 подключен к тактовой шине 12. 1 ил.

Многофункциональный токовый логический элемент // 2624584

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных цифровых структурах, устройствах передачи информации и системах связи. Техническим результатом является создание устройства, которое в рамках одной и той же архитектуры может реализовывать основные логические операции ЭВМ «И», «ИЛИ», «НЕ», «Сравнение x1>x2», а также нормализацию входных токовых логических переменных. Устройство содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы разного типа проводимости, токовый вход (3), источник вспомогательного напряжения (4), первую (5) шину источника питания, вторую (6) шину источника питания, первый (7) и второй (8) токовые выходы устройства, первый (9) и второй (10) источники входных токов, компаратор напряжений (11), противофазные первый (14) и второй (15) токовые выходы компаратора. 9 з.п. ф-лы, 17 ил.

Однотранзисторный логический вентиль и с архитектурой без перекрытия областей затвор-сток/исток // 2629698

Изобретение относится к микро- и наноэлектронике, а именно к полупроводниковым прибором, в частности к конструкции логического вентиля, реализующего операцию конъюнкции, и может быть использовано при создании цифровых интегральных схем с элементами субмикронных и нанометровых размеров. Техническим результатом изобретения является увеличение плотности интеграции за счет объединения трех логических сигналов на одной транзисторной структуре, что позволяет снизить конструктивно топологическую сложность цифровых схем, и снижение уровня потребляемой мощности за счет применения германия в качестве основного материала транзистора, который обладает значительно большей подвижностью носителей заряда по сравнению с кремнием. Однотранзисторный логический вентиль И с архитектурой без перекрытия областей затвор-сток/исток включает фронтальный и обратный затворы, вытянутые в продольном направлении вдоль рабочей области транзистора, области стока и истока с контактами к указанным областям стока и истока, фронтальный подзатворный и погруженный окислы. Вентиль И выполнен на структуре «германий на изоляторе», фронтальный затвор выполнен в виде трех идентичных фронтальных затворов с тремя идентичными фронтальными подзатворными окислами. Обратный затвор выполнен в виде трех идентичных обратных затворов. 6 ил.

Схема возбуждения сканирования и схема логической операции и-не такой схемы // 2648614

Изобретение относится к области технологий для жидкокристаллических дисплеев. Технический результат заключается в обеспечении использования одного типа устройств тонкопленочных транзисторов за счет использования схемы возбуждения сканирования для оксидного полупроводникового тонкопленочного транзистора. Технический результат достигается за счет схемы логической операции И-НЕ, содержащей первый инвертор и второй инвертор, применяемые к схеме удержания пониженного напряжения схемы GOA, девятый транзистор, затвор которого электрически соединен с выходом первого инвертора, сток электрически соединен с постоянным высоким потенциалом, а исток электрически соединен с выходом схемы логической операции, десятый транзистор, затвор которого электрически соединен с выходом второго инвертора, сток электрически соединен с постоянным высоким потенциалом, а исток электрически соединен с выходом схемы логической операции, одиннадцатый транзистор, затвор которого электрически соединен с первым входом схемы логической операции, а сток электрически соединен с выходом схемы логической операции, и двенадцатый транзистор, затвор которого электрически соединен со вторым входом схемы логической операции, сток электрически соединен с истоком одиннадцатого транзистора, а исток электрически соединен с постоянным низким потенциалом. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.