Тактируемый @ -триггер в интегральной инжекционной логике Советский патент 1983 года по МПК H03K3/286 

Изобретение относится к микроэлектронике и вычислительной технике и может быть использовано для создания интегральных устройств сбора и обработки информации, Известен асинхронный JK -триггер, содержащий два логических элемента и схему управления на двух логическ элементах, первый и второй логическ элементы образуют между собой основной триггер с непосредственными связями, первый вход первого логического элемента соединен с выходом третьего логического элемента Cl} В данном триггере в любой момент времени информация на входах однозначно определяет состояние триггер что обусловливает низкую помехозащищенность схемы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является интегральный инжекционный Jk-тригге выполненный по принципу Masterseave С;2. Устройство содержит шесть h-p-nтранзисторов, четыре из них образую основной триггер с непосредственными связями а оставшиеся два n-p-rtтранзистора образуют вспомогательны триггер с непосредственными связями коллекторы вспомогательного триггера через схему управления, содержащую четыре n-p-h-транзистора, соеди нен с базами транзисторов основного триггера, многоколлекторный р-п-ртранзистор, эми21тер которого образо ван инжекторной Р-областью, соединенной с источником питающего тока, база совмещена с эмиттерами всех п -р-п-транзисторов и подложкой h-типа, соединенной с шиной нулевого потенциала,а коллекторы соответ ственно совмещены с базами h-p-nтранзисторов, коллекторы h-р-п-тран зисторов триггера с непосредственны ми связями подключены к выходам ус ройства.. Недостатком данного триггера яв-; ляется использование большого количества м -р-п-транзисторов (14-n-p-h транзисторов), и, как следствие, большое количество контактных окон, большое число межсоединений, значител| ная мощность потребления, а также большая занимаемая площадь на кристалле. Цель изобретения - уменьшение площади, занимаемой устройством на кристалле, умейьшенив потребляемой мощности и улучшение техноло гичности. Для достижения поставленной цели в тактируемый JK-триггер в интегральной инжекционной логике., содержащий первый и второй п-р-птранзисторы образующие триггер с не посредственными связями, третий, четвертый и пятый п-р-птранзисторы, первые коллекторы третьего и четвертого п -р-п-транзисторов объединены с базой пятого п-р-п-транзистора, первый коллектор которого соединен с базой второго п-р-п-транзистора, многоколлекторный инжектирующий р-ц-р-транзистор, эмиттер которого образовав инжекторной Р-областью, соединенной с источником питающего тока, база совмещена с эмиттерами всех п-р-п-транзисторов и подложкой п-типа, соединенной с шиной нулевого потенциала, а коллекторы соответственно совмещены с базами первого, второго, третьего и пятого п-р лтранзисторов, вторые коллекторы первого и второго п-р-п транзисторов соединены -.с выходными шинами устройства, введены шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый p-h- р транзисторы, причем их эмиттеры, образованные Р-областями, совмещены.-.с коллекторами мнйгоколлекторного , инжектирующего р-п-гР-транэистора, второй коллектор третьего ti-p-nтра.нзистбра соединен с эмиттером восьмогор-Г)-р-транзястора, коллек- , тор которого совмещен «с базой четвертого п-р-п-транзистора, -второй коллектор пятого п-р-г -транзистора соединен с базой первого п-р-п-транзистора, -: которая совмещена с коллекторами шестого и седьмого p-h-p-транзисторЬв, база второго п-р-м-транзистора совмещена с коллекторами девятого и десятого р-п-р-транзисторов, база третьего п-р-п-транзистора соединена с тактовой шиной, вто рые коллекторы первого и второго п-р-п-транзисторов соответственно соединены с эмиттером шестого и девятого р-п-р-транзисторов, эмиттер седьмого р-п-р-транзистора соединен с входом J, а эмиттер десятого р-п-ртранзистора - с входом К триггера. На фигЛ приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого триггера; на фиг.2 - функционально-топологическая схема. Устройство (фиг.Г) содержит первый и второй п-р-п-траязисторы 1 и 2, образующие триггер с непосредственными связями, третий, четвертый и пятый п-р-п-транзисторы 3-5, первые коллекторы третьего и четвертого .П-р-Т1-транзисторов 3 и 4 объединены с базой пятого п-р-п-транзистора 5, первый коллектор которого соединен с базой Btoporo n-p-n-транэистора 2, многоколлекторный инжектирующий |1-П-р-трйнзистор б,, эмиттер которого образован инжекторной р-областью, соединенной с источником питающего . тока, база совмещена с эмиттерами всех п-р-п-транзисторови подложкой (П-типэ, соединенной с шиной нулевого потенциала, а коллекторы соответственно совке/;-.,ы.С базами первого.

второго, третьего и пятого п-р-птранзисторов 1,2,3,, и 5, вторые коллекторы первого и второго п-р-птранзисторов 1 и 2 соединены с выходными шинами устройства, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый 5 р-П-р-транзисторы 3,7,8,9,10 и 11 эмиттеры которых, образова.нные р-областями, совмещены с коллекторами многоколлекторного, инжектирующего р-п-р-транзистора б, второй коллек- |0 тор третьего п-р-п-транзистора 9, коллектор которого совмещен с базой четвертого п-р-л-тран.зистора 4f второй коллектор пятЬ.го h-p-n-транзистора 5 соединен с базой первого 15 п-р-п-транзистора 1, которая совмещена с коллекторами шестого и седьмого р-п-р-транзисторов 7 и 8, база второго п-р-гт-транзистора 2 совмещена с коллекторами девятого и десято- 20 го р-п-р-транзистора 3 соединена с тактовой шиной/ вторые коллекторы первого и второго п-р-п-транзисторов 1 и 2 соответственно соединены с эмиттером шестого и девятого p-h-p 25 транзисторов 7 и 10 эмиттер седь- - . мого р-п-р-транзистора 8 соединен со входом J, а эмиттер десято1 о р-п-ртранзистора 11 - с входом К триггера.. 30

Устройство выполнено на подложке п-типа, соединенной с шиной н левого потенциала. Подложка является эмиттером всех rt-p-r и базой всех р-п-р-транзисторов, пркчем многокол- лекторный инжектирующий шестой, редь.мой, восьмой, девятый и десятый р-П-р-транзисторы 6,7,8,9,10 и 11 образованы Р-областями (переинжектирующими Р-областями), которые одновременно выполняют функцию коллектор 40 ров многоколлекторного инжектирующего р-п-р-транзистора 6 и эмиттеров р-П-р-транзисторов, коллекторы которых совмещены и базовыми Р-областями и-р-п-транзис-Горов (фиг.2), 45

Предварительно условимся, что в базе первого и второго п-р-п-транзисторов 1 и 2 инжектируются многоколлекторным инжектирующим p-ti-рт транзистором 11 ток через JQ седьмой и девятый р-п-р-транзисторы 11 ток равный , а через шестой. и девятый ,р-транзисторы 7 и 10 ток Jj (;/2. Такого соотношения токов можно достичь изменением коэф- ее фициентов прямой передачи от инжектора к переинжектору .:oil или от переинжектора к базовой Р-области -вертикального h-p n-транзистора, что величина 6i изменяется путем вариаций геометрическим расстоянием от ийжектора к инжектору или от переинжектора к базовой Р-овласти -п-р-и-транзистора.

Устройство работает следующим образом..65

Пусть в исходном состоянии открыт первый ft-р-п-транзистор 1 RS-триггера. На Э и k входах присутствует логическая единица, (на эмиттерах седьмого и десятого р-п-ртранзисторов 8 и 11), на входе синхронизации третьего п-р-и-транзис.тора 3 имеем логическую единицу. Тогда в базу .первого n-p-h-транзистора 1 будет инжектироваться ток: ток, инжектируемый многоколлекторным инжектирующим р-п-р-транзистором 6 в базу первого п-р-Ртранзистора 1 через переинжектирующ

шестой р-п-р-транзистор 7,- будет отбираться коллектором открытого первого n-p-h-транзистора 1... В базу второго п.-р-п-транзистора 2 будет инжектироваться, ток Э-, + 2-з (так как второй п-р-п-транзистор 2 закрыт, на К-входе логическая единица, пятый п-р-М-транзистор 5 закрыт) , По прихождении на тактовый вход С логического нуля (на базу тре.тьего п-р-п-транзистора 3) ток, инжектируемый в базу третьего П-р-п-транзистора 3, будет отбираться входной тактовой шиной, третий п-р-п-транзистор 3 закроется так как четвертый п-р-п-транзистор был закрыт, то пятый h-p-h-транзистор 5 откроется. По истечении времени tj зарядится входная емкость четвертого п-р-п-транзистора 4 током, инжектируемым многоколлекторны инжектирующим pf-n-p-транзистором 6 через восьмой р-п-р-транзистор 9, поэтому четвертый п-р-п-транзистор 4, откроется, запирая пятый п-р-п-транзистОр 5. Таким образом, на коллекторах пятого n-p-h-транзистора 5 сформируется короткий импульс, равный времени наряда входной емкости четвертого п-р-п-транзистора 4. В течение этого короткого импульса первый и второй П-р-п-транзисторы 1 и 2 закроются, при этом начнет заряжаться эмиттер ная емкость шестого р-п-р-транзистора 7 инжекторным током 3,. По окончании сформированного импульса (длительность которого не прешлиает времени заряда эмиттерной емкости шестого р-п-р-транзистоjpa 7) в базы закрытых-первого и второго n-p-h-транзисторов 1 и 2 начнет поступать ток равный J + J,

+Uj поэтому второй п-р-п-транзистор 2 начнет открыватьсябыстрей , запирая первый n-p-h.-транзистор 1, jjo окончан переходного процесса, независимоот значения инжектируемых в их баз токов, второй h-f -n-транзистор 2 будет открыт, первый п--р-п-транзистор 1 закроется. Если на Э и К входах присутствует логи-ческий нол то ток через седьмой и десятый p-n-n-транзистор 2 открыт, эмиттерная емкость дйвятого р-п-р-тран эистора 9 будет разряжена и ток че девятый р-п-р-транзистор 9 не будет поступать в базу второго п-р-п транзистора 2. По приходе следующе го нулевого логического уровня на базу третьего п-р-п-транзистора 3 последний закроется и на коллектоpax пятого п-р-Н-транзистора 5 сформируются короткие по времени логические нули. Первый и второй п-р-п-тра.чзисторы 1 и 2 на время этих импульсов закроются, по окончании импульса (емкость змиттерног перехода девятого р-п-р-транзистора 9 не зарядилась) в базу первого к второго п-р-п-транзисторов 1 и 2 будет инжектироваться ток и J соответственно. Поэтому емкос эмиттерного перехода первого п-р-п транзистора 1 зарядится быстрее, первый -п-р-п-транзистор 1 откроетс запирая второй п-р-п-транзистор 2. В случае, ели по прохожд ении следующего тактового импульсй р О, , то по окончании сформированного коррткого импульса емкости эмиттерных переходов первого и второго п-р-п-транзисторов 1 и 2 будут заряжаться током D , Л + Э-. первый п р-п-транзистор 1 закроетсГя второй n-p-ft 2-откроется. При , К О независимо i ,рт предыдущег о состояния триггера по прохождении следующего тактового импульса второй п-р-п- транзистор 2 закроется, первый п-р-п-транзистор 1 откроется. Как видно из принципа работы, устройство функционирует как тактируемый :К-триггер, состояние которого зависит от сигналов управления J и к. При устройство работает как счетный триггер, при , на выходе устанавливается сигнал , а если , , то в 1. Технико-экономический эффект в предлагаемом устройстве заключается в уменьшении площади, зажимаемой устройством на кристалле, уменьшении потребляемой мощности и улучшении технологичности изготовления. Использование новых, элементов переинжектирующих Р-областей, каждая из которых занимает на кр11сталле площадь, соизмеримую с площадью коллекторной п -области, позволило уменьшить площадь, занимаемую на кристалле, снизить потребляемую мощность, а также улучшить технологичность ЭК -триггера за счет сокращения числа контактных окон и уменьшения числа межсоединений в два раза. Предлагаемый триггер может быть использован для построения счетчиков, статическических и сдвигающих регистров, логических устройств, работающих в потенциально-импульсных системах обработки информации.

ТАКТИРУЕМЧЙ DK-ТРИГГЕР В ИНТЕГРАЛЬНОЙ ИНЖЕКЦИОННОЙ ЛОГИКЕ, содержащий первый и второй п-р-П транзисторы, образующие триггер с непосредственными связями, третий, четвертый и пятый п-р-п-транзисторы, первые коллекторы третьего и четвертого п-р-п-транзисторов объединены с базой пятого п-р-п-транзисчт тора, первый коллектор которого соединен с базой второго п-р-п-транзистора, многоколлекторный инжектирующий п -р-п -транзистор, эмизгтер которо го образован инжекторной р-областью, соединенной с источником питгиощего . тока, база совмещена с эмиттерами всех h-р-п-транзисторов и подложкой п-типа, соединенной с шиной нулевого потенцигша, а коллекторы соответственно совмещены с базами первого, второго, третьего и пятого п-р-отранзисторов, вторые коллекторы первого и второго п-р-п-транзисторов соединены с выходными шинами устройства, .о тли ч а ющи и с я тем, что, с целью уменьшения площади, занимаемой устройством на кристалле, сокращения потребляемой мощности и улучшения технологичности, в него введены шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый р-п-р. транзисторы, причем их эмиттеры, об. разованные р-областями, совмещены с коллекторами многоколлекторного инжектирующего р-п-р-транзистора, второй коллектор третьего п-р-п-транзистора соединен с эмиттером восьмого р -п-р-транзистора, коллектор которого совмещен с базой четверто- го п-р-п-транзистора, второй коллек(Л тор пятого п-р-п-тразистора соединен с базой первого гт-р-п-транзистора, котЬрая совмещена с коллекторами шестого и седьмого р-п-р-транзисторов, базЬ второго п-р-п-транзистора совмещена с коллекторами девятого и десятого р-п-р-транзисторов, база третьего п-р-п-транзисторз соединена с тактовой--шиной, вторые коллекторы СП первого и второго п-р-п-транзисторов соответственно соединены с эмиттером шестого и девятого м-п-р-трано .листоров, эмиттер седьмого р-п-ртранзистора соединение входом D, а ф ,эмиттер десятого р-п-р-транзистора Ю «с входом k триггера.