КОМПЛЕМЕНТАРНАЯ БИПОЛЯРНАЯ СХЕМА И-НЕ Российский патент 1997 года по МПК H01L27/04 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при создании логических комбинированных Би-КМОП сверхбольших интегральных схем (СБИС) со сверхмалым потреблением мощности.

Известна схема транзисторно-транзисторной логики с инжекционным питанием элемент И-НЕ, содержащая многоэмиттерный n-p-n-транзистор, переключательную схему и инжектирующий p-n-pтранзистор, эмиттер которого соединен с источником питания, а коллектор и база соответственно с базой и коллектором многоэмиттерного транзистора (а.с. СССР N1128387, кл.H03K 19/088, 1984).

Недостатком данной схемы является большая потребляемая мощность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой схеме является схема транзисторно-транзисторной логики с инжекционным питанием (а.с. СССР N1744738, кл.H01L 27/04, 31.05.90, "Инжекционный элемент И-НЕ"), содержащая многоэмиттерный n-p-nтранзистор, переключательный n-p-n-транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор является выходом элемента, входами которого являются эмиттеры многоэмиттерного n-p-nтранзистора, а коллектор которого соединен с базой переключательного n-p-n-транзистора, содержащая первый и второй p-n-p-транзисторы, коллектор первого p-n-p-транзистора соединен с базой многоэмиттерного n-p-n-транзистора, коллектор второго p-n-p-транзистора соединен с базой переключательного n-p-nтранзистора, к эмиттерам первого и второго p-n-p-транзисторов подключен электрод питания.

Недостатком данной схемы является относительно большая потребляемая мощность.

В основу настоящего изобретения положена задача разработки комплементарной биполярной схемы И-НЕ функционально-интегрированной схемы с меньшей потребляемой мощностью.

Поставленная задача решается тем, что в комплементарной биполярной схеме И-НЕ, содержащей многоэмттерный n-p-nтранзистор, переключательный n-p-n-транзистор, эмиттер которого соединен с обшей шиной, а коллектор является выходом элемента, входами которого являются эмиттеры многоэмиттерного n-p-nтранзистора, а коллектор которого соединен с базой переключательного n-p-n-транзистора, содержащий первый и второй p-n-p-транзисторы, коллектор первого p-n-pтранзистора соединен с базой многоэмиттерного n-p-n-транзистора, коллектор второго p-n-p-транзистора соединен с базой переключательного n-p-n-транзистора, к эмиттерам первого и второго p-n-p-транзисторов подключен электрод питания, базы первого и второго p-n-p-транзисторов совмещены и подключены к коллектору переключательного n-p-n-транзистора.

Комплементарная биполярная схема И-НЕ, являющаяся функционально-интегрированной схемой, обладает меньшей в сравнении с прототипом потребляемой мощностью, что обеспечивается следующими существенными признаками: у первого и второго p-n-pтранзисторов объединены их базы и подключены к выходу схемы, в результате чего p-n-p-транзисторы работают на границе запирания и не потребляют тока от источника питания, когда хотя бы на один из входов схемы подано напряжение логического нуля.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема комплементарной биполярной схемы И-НЕ в транзисторной схемотехнике, на фиг. 2 ее переходные характеристики при подаче на вход трапецеидального импульса.

На принципиальной электрической схеме комплементарной биполярной схемы И-НЕ функционально-интегрированной схемы многоэмиттерный n-p-n-транзистор 1, переключательный n-p-n-транзистор 2, первый p-n-p-транзистор 3, второй p-n-p-транзистор 4.

Комплементарная биполярная схема И-НЕ работает следующим образом.

Для обеспечения работы на эмиттеры первого и второго p-n-p-транзисторов подается напряжение питания E > (1,5 1,7) В
E > u_бэ2 + u_бк1 + u_кэн3,
где u_бэ2 напряжение на открытом переходе база-эмиттер переключательного n-p-n-транзистора 2;
u_бк1 напряжение на открытом переходе база-коллектор многоэмиттерного n-p-n-транзистора 1;
u_кэн3 напряжение коллектор-эмиттер насыщения первого нагрузочного p-n-p-транзистора 3.

Режим 1. При подаче хотя бы на один вход напряжения логического нуля - низкого уровня напряжения все транзисторы находятся в полузакрытом состоянии (смотри временные диаграммы работы схемы на фиг. 2). На выходе схемы - напряжение логической единицы высокий уровень напряжения, определяемый по формуле:
E u_бэ4,
где u_бэ4 напряжение на полузакрытом переходе база эмиттер второго нагрузочного p-n-p-транзистора.

Режим 2. При подаче на все входы схемы напряжения логической единицы многоэмиттерный n-p-n-транзистор 1 открыт и работает в инверсном режиме, его переход база-коллектор смещен в прямом направлении. Первый нагрузочный p-n-p-транзистор 3 насыщен. Осуществляется инжекция носителей из эмиттера в базу многоэмиттерного n-p-n-транзистора 1. Ток из коллекторной обмотки многоэмиттерного n-p-n-транзистора 1 поступает в базу переключательного n-p-n-транзистора 2. Второй p-n-p-транзистор 4 работает в нормальном активном режиме. На выходе комлементарной биполярной схемы И-НЕ низкий уровень напряжения напряжение логического нуля, определяемое напряжением коллектор-эмиттер открытого переключательного n-p-n-транзистора 2, работающего на границе насыщения.

Из режимов работы следует, что данная комплементарная биполярная схема выполняет логическую функцию И-НЕ.

Таким образом, по отношению к прототипу, объединение базовых областей первого и второго p-n-p-транзисторов 3 и 4 с коллектором переключательного n-p-n-транзистора 2 снижает потребляемую схемой мощность. Кроме того, значительным достоинством комплементарной биполярной схемы И-НЕ является то, что она в отличие от прототипа работает без нагрузочной аналогичной схемы, подключенной к выходу, то есть не требует выходного транслятора, так как в качестве нагрузки выступает база-эмиттерный переход второго p-n-p-транзистора.

Комплементарные биполярные схемы И-НЕ функционально-интегрированные схемы, обеспечивающие меньшую потребляемую мощность и изготавливаемые по более простой технологии, позволяют создавать на одном кристалле комбинированные Би-КМОП-схемы, что приводит к улучшению параметров микросхем и снижению стоимости микроэлектронных устройств.

Использование: изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при создании конструкций логических комбинированных Би-КМОП сверхбольших интегральных схем со сверхмалым потреблением мощности. Сущность: комплементарная биполярная схема И-НЕ содержит многоэмиттерный n-p-n-транзистор, переключательный n-p-n-транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор является выходом элемента, входами которого являются эмиттеры многоэмиттерного n-p-n-транзистора, а коллектор которого соединен с базой переключательного n-p-n-транзистора. Схема содержит также первый и второй p-n-p-транзисторы, коллектор первого p-n-p-транзистора соединен с базой многоэмиттерного n-p-n-транзистора, коллектор второго p-n-p-транзистора соединен с базой переключательного n-p-n-транзистора, к эмиттерам первого и второго p-n-p-транзисторов подключен электрод питания. В схеме базы первого и второго p-n-pтранзисторов совмещены и подключены к коллектору переключательного n-p-n-транзистора. 2 ил.

Комплементарная биполярная схема И НЕ, содержащая многоэмиттерный n p n-транзистор, переключательный n p n-транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор является выходом схемы, входами которой являются эмиттеры многоэмиттерного n p n-транзистора, коллектор которого соединен с базой переключательного n p n-транзистора, первый и второй p - n p-транзисторы, коллектор первого p n p-транзистора соединен с базой многоэмиттерного n p n-транзистора, коллектор второго p n - p-транзистора соединен с базой переключательного n p n-транзистора, к эмиттерам первого и второго p n p-транзисторов подключен электрод питания, отличающаяся тем, что базы первого и второго p n p-транзисторов совмещены и подключены к коллектору переключательного n p n-транзистора.