Логический вентиль

 

.(72) Автор изобретения

r. И. Фурсин

f

Московский ордена Трудового Красного Знамени физико гехнический институт (7l ) Заявитель, (64) ЛОГИЧЕСКИЙ ВЕНТИЛЬ

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в качестве базового элемента при. проектировании маломощных и йястродействукщих схем И-ИЛИ-НЕ.

Известен логический элемент, содержащий токозадакщий элемент и переключающий п-р-п транзистор, эмиттер которого соединен с первой шиной питания, база соединена с первым выводом токээадакщего элемента, второй вывод которого соединен с второй шиной питании»

Особенностью рассмотренного вентиля является то, что повышение быстродействия в них достигается использованием в качестве переключакацего транзистора

Шоттки P1) .

Недостатками таких вентилей являют ся, во-первых, необходимость использэвать.. в них диоды Шотжи двух типов (с высоким барьером в качестве шунтирукщих диодов и с низким барьером в качестве раэвяэывакзцих), что сужает температурный диапазон работы и поме2 хоустойчивость, и, во-вторых, сложность, реализации нескольких выходов у трап« зистора при его реализации в интеграль-. ном исполнении.

Известен вентиль, предназначенный для реализации функций И-ИЛИ-НЕ и содержащий. токоэадающий элемент, входные (развя эывакицие базовые) диоды Шоттки и многоколлекторный транзистор типа

>0 п-р-п, коллекторы которого соединены с выходами вентиля, эмиттер соединен с первой шиной питания, база соединена с первым выводом токозадакщего элемента и с анодами упомянутых диодов

Шотткй, катоды которых соединены с . входами вентиля, второй вывод токозадающего элемента соединен с второй шиной питания P2) .

Недостатком известного вентили яиля20 ется невысокое быстродействие, обусловленное насыщенным режимом работы переключакяцего транзистора, Подключать жэ в вентиле шунтирукщие диоды

Шоттки известным образом между базой

940308 ф многоколлекторного транзистора и каждым из коллекторов нецелесообразно— это резко усложнит схему (нужно большое количество диодов другого, по сравнению с развязывакхцими диодами, типа) и, как было указано выше, снизит ее помехоустойчивость. Кроме того, вентиль будет черезвычайно сложно реализовать в виде интегральной схемы.

Цель изобретения - повышение быстродействия вентили без его усложнения.

Для достижения поставленной цели в логическом вентиле, содержащем токоэадакхций элемент, входные i диоды Шоттки и многоколлекторный транзистор типа п-р«п коллекторы которого соединены с выходами вентиля, эмиттер соединен с первой шиной питания, база соединена с анодами входных диодов Шоттки, катоды которых соединены со входами вентиля, токозадающий элемент включен между базой многоколлекторного транзистора и второй шиной питания, в качестве токозадакзцего элемента использован диод Шоттки, катод которого соединен с базой многоколлекторного транзистора, а анод - с второй шиной питания.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого вентиля.

Логический вентиль содержит1диод 1

Шоттки в качестве токозадакзцего элемента, входные диоды 2 Шоттки, много коллектбрный транзистор типа п-р-п 3, входы 4, выходы 5, первую и вторую шины 6 и 7 питания соответственно.

Коллекторы многоколлекторного транзистора 3 соединены с выхопами 5 вентиля, эмиттер соединен с первой шиной питания 6, база соединена с катодом 1 диода Шоттки и с анодами 2 входного диодов Шоттки, катоды которых соединены со входами 4 вентиля. Анод диода

1 Шоттки соединен со второй шиной 7 питания. При интегральной реализации предлагаемого вентиля входные диоды

2 Шоттки создаются, например, в р-базе многоколлекторного транзистора или в общей дпя транзистора 3 п-области, и что является оцним из важных постоянств устройства, имеют одинаковую высоту барьера диода 1 Шоттки.

Логический вентиль работает следующим образом..

При наличии высокого потенциала на всех входах 4 (т.е. при поступлении на них информационных сигналов, соответствукхцих логическим "1") многоколлекторный транзистор 3 "включен". Напряжение питания Е выбирается таким образом, чтобы с учетом падения напряжения на диоде 1 Шоттки Чф в базу втекал бы требуемый (исходя из компромиссных требований к быстродействию и потребляемой мощности) ток д, приводящий к падению напряжения на эмигтерном переходе ии1 = Е -ЧФл °

1о Появление хотя бы на одном иэ входов

4 низкого потенциала (т.е. при поступле-. нии на него информационного сигнала, соответствующего логическому 0") увеличивает ток через диод 1 Шогтки до ) 5 величины .) =,, где Pi- нормальный коэффициент усиления п-р-п транзистора в схеме с общим эмиттером, и увеличивает падение напряжения Vyz. Напряжение на эмиттерном переходе уменьшается, щ теперь с ганет Чр -E,— Уф и (при соответствующем выборе тока через многоколлекторный транзистор и напряжения питания) ток через его коллекторы резко уменьшается, транзистор выключа 5 ется

Таким образом, один рассматриваемый:вентиль реализует функцию И-НЕ.

При обьединении коллекторов у различных многоколлекторных транзисторов, зо т,е. при объединении выходов 5 у различных предлагаемых логических вентилей реализуется функция И-ИЛИ-НЕ.

Несмотря на отсутствие шунтирующего диода Шоттки, который в известных вентилях включается для ограничения степе35 ни насьпцения переключающего транзис» тора, параллельна его коллекторному переходу, в предлагаемом вентиле многоколлекторный транзистор 3 всегда о работает в ненасыщенном режиме. При наличии логического "0" хотя бы на одном из входов вентиля многоколлекторного транзистор 3 "заперт", через него протекает малый ток. При наличии логической "1" на всех входах вентиля

IF многоколлекторного транзистор 3 открыт"., но не насьпцен, так как взаимосвязи между входными диодами Шоттки

2 и идентичным диодом Шоттки 1 обеспечивает в этом состоянии падение напря50 жения на коллекторе Чк.=Е-Чф -Ч при правильном выборе параметров схемы можно обеспечить условие Vy=V +b,V„ где Ь Ч вЂ” напряжение логического перепа- да (обычно от нескольких десятков мВ

55 до 0,1-0,2 В), Y - напряжение насыщения транзистора при коллекторном токе 32.. Величина насыщения многоколлекторного транзистора уменьшается с

5 9403081 6 уменьшением величины ЬЧ и с уменьше- тки и многоколлекторный транзистор типа нием прямого падения напряжения на . п-р-п, коллекторы которого соединены с диодах Шоттки при одном и том же токе выходами вентиля, эмнттер соединен с, I через них (т.е. с уменьшением высоты первой шиной питания, база соединена с потенциального барьера контакта металл — s анодами входных диодов Шоттки, катоды полупроводник). Малый логический пере- котбрых соединены с входами вентиля. пад приводит к дожипщтельному повы- токоэадакаций элемент включен между шению быстродействия (среднее время базой многоколлекторного транзистора и переключения очень мало и обычно сос- второй шиной питания, о т л и ч а ютавляет 0,5-1 нс). а шийся тем, что, с целью повышения

Предлагаемый логический вентиль мо- быстродействия в качестве токоэадаюжет работать от низковольтного источ- щего элемента использован диод Шоттки ника питания. (не более 1,2 В), просто катод которого соединен с базой многовозможна реализация в интегральном . коллекторного транзистора, а анод — с исполнении по стандартной технологии 35 второй шиной питания.. маломощных ТТЛ-схем с диодами Шоттки.

Логический вентиль может йють ис- Источники информации, пользован в качестве базового элемента принятые во внимание при эжпертиэе субнаносекундных ИС. 1. Орлов Б. В., Фурсин Г. И. «Элекго тронная промышленность, 1977, Ж 3, с. 54-58, рис. 2-.3.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 2. Еезбородников Б. А., Орлов Б. В., Фурсин Г. И., Шетинин Ю. И. "ЭлектронЛогический вентиль, содержащий токо- ная промышленность, 1978, ¹ 3, с. 26; эадакщий элемент, входные диоды Шот- 25. рис. 2 ж (прототип).

Составитель А. Янов

Редактор Е. Лушникова Техред Т. Фанта Корректор А. Дзятка

Заказ 4687/78 Тираж 959 " ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ЛЛП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4