Быстродействующий микромощный логический элемент и-или/и- или-не

 

%»/ p QQ f"

О П И 6."А Н: И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Саеетсиих

Соцмалистммесиих

Рвспублмк (11)624369 к aatopcKOMV С й@ИтВйьсТВ (61) Дополнительное к авт, свил-ву— (22) Заявлено 22.04,77 (21) 2477872/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.09.78.Бюллетень № 34

2 (51) М. Кл

Н 03 К 19/02

Госудерстееннмй комитет

Совета Министров СССР ао делам изобретений н открытий (53) УДК 682.382.8 (088.8) (45) Дата опубликования описания 02,08,78 (72) Авторы изобретения

A. H. Бубенников (71) Заявитель

Московский физико-технически и институт (54) БЫСТРОДЕЙС 1 ВУЮШИЙ МИКРОМОЩНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ

ЭЛЕМЕНТ И-ИЛИ/И-ИЛИ HE

Изобретение относится к устройствам импульсной и цифровой техники, в частности к логическим элементам (ЛЭ) ЭВМ.

Широко известен быстродействующий логический элемент, реализующий элементарную логическую функцию ИЛИ/ИЛИ-НЕ,содержащий связанные по эмиттерам входные и опорный транзисторы Pl). Однако из-за большой величины мощности потребления известный ЛЭ не может быть

I использован в интегральных схемах высокой степени интеграции, Имеется ряд схемотехнических решений, с помощью которых возможно уменьшение потребляемой мощности и увеличение быстродействия на реализацию одной логической функции, в частности известен логический элемент, содержащий параллельно включенные переключатели тока с объединением коллекторов опорных транзисторов для реализации логической функции И-ИЛИ (2). Однако отсутствие дополнительной логической функции

И-ИЛИ-НЕ и значительная величина мощности потребления для стандартных логических перепадов (0,8...1В) не позволяют использовать это схемотехническое решение при разработке сложных больших интегральных схем (БИС}.

С целью реализации дополнительной, логической функции И-ИЛИ-НЕ, снижения потребляемой мощности и увеличения быстродействия на элементарную логичес» кую функцию, малокомпонентности для ин1о тегрального исполнения в быстродействующий микромошный логический элемент, содержащий логическую ступень, реализуюшую функцию И-ИЛИ, выполненную íà переключателях тока, коллекторы которых объединены, и источник опорного нацряжения, введены вторая логическая ступень, выполненная на переключателе тока, и. многоэмиттерный опорный транзистор.

Коллекторы входных транзисторов первой

20 логической ступени соединены с обшей шиной, эмиттеры — c соответствуюшими эмиттерами опорного многоэмиттерного транзистора, коллектор которого соединен с базой входного транзистора пьреключателя тока второй логической сту»

624369

55 пени и через резистор соединен с общей шиной, в база соединена с базой опорно» го транзистора второй логической ступени и источником смещения. Кроме того, параллельно коллекторному резистору опорного многоэмиттерного транзистора может быть включен диод Шоттки.

На чертеже приведена схема быстродействующего микромощного логического элемента. И-ИЛИ/И-ИЛИ-НЕ.

Первая ступень, реализующая с помощь схемотехнического приема обьединения коллекторов в логическую функцию И»ИЛИ, : состоит из М переключателей тока со входными транзисторами 1И, 1>,...,14, 1, 1„, .». 1„, и опорного многоэмиттерного транзистора 2, причем каждая серий транзисторов нв И входов соединена своими эмиттерами с соответствующим эмиттером транзистора 2. Резистор Э в коллекторной цепи транзистора 2 может быть звшунтирован диодом 4 Шоттки для цредотврвщения режима насыщения при большом числе М. Вторая ступень, необходимая для реализации логической функции

И-ИЛИ-НЕ, имеет переключатель тока на двух транзисторах 5 и 6, на ó опорного транзистора 5, связанную с базой транзистора 2 первой ступени, подает ся опорнсе напряжение источника 7, а база транзистора 6 подключена к коплектсьру транзистора 2, В ксалекторную цепь транзистора 6 включен нагрузочньй резистор 8, а коллектор транзистора 5-заземлен. Для некоторых применений ЛЗ целесообразнее использовать в коллекторной цепи транзистора 5 нвгруэочный резистор.

Для анализа работы ЛЭ используется отрицательная логика, когда за логический О" принимается положительное напряжение, а зв логическую "1" - отрицательное.

В исходном состоянии на все входы подаются коды логического "0 . При этом все входные транзисторы 11 > 11 ...1, 1щт, 1,„„.1„„, -открыты. На выходе 9положительное напряжение или логический "0 . Положительное напряжение передается с коллектора транзистора 2 нв базу транзистора 6, транзистор 6 открьтвается, в транзистор 5 закрывается. На выходе 10, - отрицательное напряжение или логическая "1". При подаче на все входы кодов логической 1 ace входные транзисторы-aaKpbmbI, транзистор 2 открыт, навыходе 9 отрицательное напряжение или ллогическая,"1". Транзистор

6 второй ступени-вскрыт, нв выходя 10положительное напряжение, соответствую5

40 щее логическому "0 . В зависимости от кодов, поступающих на входы эмиттерных повторителей первой ступени, на кол лекторе транзистора 2 (выходе 9) выполняется логическая функция И-ИЛИ (цх...к 111) + (40È х ...хАйтп) ° а на коллекторе входного транзистора второй ступени 6 (выходе 10) выполняется логи° ° ческая Г„- ..Ю;7

1К

+ Д х...хл„. и В случае, когда нет необходимости в донатлогической операции инверсии, первая ступень, отмеченная ив чертеже пунктиром, представляет законченное функциональное устройство, реализующее логическую функцию И-ИЛИ при малых величинах времени задержки и потребляемой мощности нв выполнение элементарной логической функции.

Использование шунтирующего коллекторный резистор диода Шоттки, предохраняющего DT насьиценкя транзистора 2, и потери быстродействия ЛЭ можно избежать, ограничивая число серий входных эмиттерных повторителей> до трех. Использование на входе эмиттерных повторителей, характеризующихся малой входной емкостью, 4тозволяет значительно увеличить быстродействие логического элемента при большом коэффициенте разветвления. Заземление коллектора транзистора 5 также приводит к увеличению! быстродействия ЛЗ.

Напряжение питания логического элемента может быть снижено до 1,2 В, беэ снижения в надежности функционирования зв счет того, что между шинами. питании и общей шиной имеется только один прямосмещенный р- 1т переход.По этой причине можно значительно уменьшить потребляемую MMlHOcTb (одновременно уменьшая рабочие токи в первой и второй ступенях).

Описываемый ЛЭ является достаточ» но ргалокомпонентным и вследствие ис» полнэования технологических МЭТ и входных транзисторов с общим коллектором, соединенных с общей шиной, занимает ма лую площадь в кристалле,,обеспечивая достаточно высокую степень интеграции в субсистеме БИС.

Формула изобретения

1. Быстродействующий микромощиый логический элемент H-ИЛИ/И-ИЛИ НЕ, ° t содержащий логическую ступень, реализующую функцию И-ИЛИ, выполненную нв переключателях тока, коллекторы KDTopblx

824369

Составитель 10, Фирстов

Редактор Л. Тюрина Техред К. Гаврон Корректор В. Сердюк, Заказ 5204/47 Тираж 1087 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретения и открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 объединены, и источник опорного смещения, о т л и ч а ю m и и с s тем, что, с целью реализации дополнительной логической функции И-ИЛИ-НЕ, снижения потребляемой мощности и увеличения быстродействия на элементарную логическую функцию, введены вторая логическая ступень, выполненная на переключателе тока, и многоэмитцерный опорный транзистор,, коллекторы входных транзисторов первой логической ступени соединены с общей шиной, эмиттеры -. с соответствующими эмиттерами опорного многоэмиттерного транзистора, коллектор которого соединен с базой входного транзистора переключателя тока второй логической ступени и через резистор соединен с об щей шиной, а база соединена с базой опорного транзистора второй логической г ступени и источником смещения.

2. Л огнческий элемент И-ИЛИ/И-ИЛИ»

НЕ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с.я тем, что параллельно коллекторному резистору опорного многоэмиттерного транзистора включен диод Шоттки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .

1. МЕС1 -зуйеи1 деева НаидЬооМ

МоФ.огоРа ЯТ1.

2. Патент США М 3579272, кл. 307-218, 1971.