Четырехуровневый одноразрядный сумматор Советский патент 1984 года по МПК G06F7/50 

Изобретение относится к вычислителэной технике и может быть использовано при построении больших интегральных схем обработки информации

Известен одноразрядный сумматор на инжекдионных элементах, содержащий пять n-p-iri транзисторов, многоколлекторный токозадающий р-п-р транзистор и шесть переинжектирующих р-П-р транзисторов 1 .

Недостатком этого сумматора является ограниченность функциональных возможностей, выражающаяся в невозможности суммирования четырехуровневых сигналов.

Известен также четырехуровневый одноразрядный сумматор, содержащий восемь п -р-и транзисторов, p-h-p транзистор и многоколлекторный р-п-р транзистор, база первого n-p-.h транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной шиной первого слагаемого сумматора, база второго п-р-п транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной шиной второго слагаемого Сумматора, вторые коллекторы первого и второго П-р-п транзисторов подключены к базе и первому коллектору .р-п-р транзистора, третьи коллекторы первого и второго п-р-И . транзисторов подключены к базе треть го я-р-п транзистора и к первому коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора, коллектор третьего п-ртранзистора сЬедннен с базой и первым коллектором четвертого П-р-п транзистора и подключен к второму коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора, коллектор пятого п-р-п транзистора соединен с базой и первым коллектором шестого П-р-П транзистора и подключен к третьему коллектору многоколлекторного р-и-р транзистора, вторые коллекторы четвертог о и шестого И -р-п транзисторов подключены к базе и первому коллектору седьмого и -р-п транзистора, а также к четвертому коллектору многоколлекторного р-м-р транзистора, второй коллектор седьмого п -p-ti транзистора соединен с пятым коллектором многоколлекторного р-ц-р транзистора и выходной шиной переноса сумматора, база и первый коллектор восьмого П-р-Птранзистора соединены с входной шиной третьего слагаемого сумматора, эмиттеры всех п-р-п транзисторов и база многоколлекторУого р-п-р транзистора соединены с шиной нулевого поте.нциала, эмиттер р-п-р транэис тора и эмиттер многоколлекторного р-п-р транзистора соединены с шиной питания сумматора.Сумматор содержит также три дополнительных п -р-п транзисторов и дополнительный р-п-р транзистор 2

недостатком известного четырехуровневого одноразрядного сумматора

является сложность конструкции, выражающаяся в большом числе транзисторов .

Цель изобретения - упрощение четырехуровневого одноразрядного сумматора .

Поставленная цель достигается тем, что четырехуровневый одноразрядный сумматор, содержащий восемь И-р-Л транзисторов, р-п-р транзистор и многоколлёкторный р-п-р транзистор, база первого п-р-п транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной шиной первого слагаемого сумматора, база второго п-р-п транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной шиной второго слагаемого сумматора, вторые коллекторы первого и второго п-р-п транзисторов подключены к базе и первому коллектору р-п-р транзистора, третьи коллекторы первого и второго п-р-п транзисторов подключены к базе третьего п-р-п транзистора и к первому коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора, коллектор третьего п-р-п транзистора соединен с базой и первым коллектором четвертого п -р-П транзистора и подключен к второму коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора, коллектор пятого n-p-fi транзистора соединен с базой и первым коллектором шестого п-р-п транзистора и подключен к третьему коллектору многоколлекторного p-ti-p транзистора, вторые коллекторы четвертого и шестого п-р-п транзисторов подключены к базе и первому коллектору седьмого п-р-п транзистора, а также к четвертому коллектору многоколлекторного p-h-p транзистора, второй коллектор седьмого il-p-И транзистора соединен с пятым коллектором многоколлекторного р-П-р транзистора и выходной шиной переноса сумматора, база и первый коллектор восьмого И -р-П транзистора соединены с входной шиной третьего слагаемого сумматора, эмиттеры всех П-р-п транзисторов и база многоколлекторного р-п-р транзистора соединены с шиной нулевого потенциала, эмиттер p-h-p транзистора ,и эмиттер многоколлекторного р-п-р транзистора соединены с шиной питания сумматора, второй коллектор первого п-р- п транзистора соединен с вторым коллектором восьмого п-р-П транзистора, 1третий коллектор первого П-р-п транзистора соединен с третьим коллектором йосьмого П-р-П транзистора, четвертйе коллекторы первого, второго и восьмого п-р-h транзисторов подключены к базе пятого п-р-п транзистора, а также к шестому коллектору многоколлекторного р-П-р транзистора, второй коллектор р-п-р транзистора соединен с выходной шиной суммы сумматоpa, a также с третьими, четвертыми, Пятыми и шестыми , коллекторами четвер того и шестого я-р-п транзисторов. На чертеже приведена принципиальная схема четырехуровневого одноразрядного сумматора.. Четырехуровневый комбинационный сумматор содержит первый, второй и третий п-р-п транзисторы 1-3, выполняющие функцию суммирования входных переменных X , Х , Х- (Е) , токовый повторитель на р-п-р транзисторе ,4, пятый и шестой п-р-п транзисторы 5 и 6 выполняют функцию пороговых детекторов, пороги задаются токозадающим р-п-р транзистором 7, п-р-П транзисторы 8 и 9 выполняют функцию умножителей входного тока и функцию, сумматоров, которые формируют замечание выходных функций суммы и переноса, п-р-п транзистор 10 формирует вытекающий выходной ток функции переноса. Входные втекающие четырехуровневые сигналы X,, Х, Хд (величины токов в относительных еди ницах могут принимать значения О, 1, 2, З) подаются, соответственно на базы и первые коллекторы транзис торов 1 - 3) . Функционирование устройства может быть описано аналитически на основе базиса +,-,-,8f , О, 1, ..., к-1. где +,-, - арифметические операции сложения, вычитания и умножения соответственно, . - опера ция многозначного обо щения конъюнкции. О, 1...К-1 - константы, К- значность логики. Гх + Х2+ X, при i V,- : G Х2+ Х,-4 при LXi+ Хг+ Хз-4-4 npH|; Таким образом О -5 3, т.е. является четырехуровневым сигналом. Сигнал переноса принимает значенияГО при р р j 1 при р. 1, . I2 при р Рг 1 т.е. является трехуровневым сигналом В диапазонезначений входных сигналов формируемый на выходе устройст ва код определяется следующим образом. При , , и, следовательно, выходной код 0,0. При Х, имеем: из выражения (2 р, 984-9g, из выражения (3) p 9g8-9&7 l из выражения (1) s 9-4-4 l из Выражения i,4) 2, т.е. на выходе формируется код 21(4f 5(10)Таким образом, при Х входные токи транзисторов 1-3 равны нулю. Транзисторы 1-3 закрыты. Сле довательно, входные токи транзистоЗакон функционирования устройства описывается в этом базисе следующими выражениями: для суммы I ,©Хг®Хз Х, + Х14-Хз-КР,-КР2, P,(X,+ X24X3 &K-(X,XjtX)8CK--l), p2 (X,fX2tXj)g2K-(x,.Xi + X,)8(lfc-l). Для переноса j p-Pi РгВ рассматриваемом случае k 4, поэтому записанные выражения приобретают вид: 5 х,+ Х2+Хз-4р,-4р1, Сл p,(x,f ()37 ( р (х,4Хг+Х-1)й-8-(х,)8г7, ИУ p-pi. .И) Поскольку X,принимают значения из множества О, 1, 2, 3, то значение суммы входных сигналов может находиться в интервале от О до 9. Сигналы Р и принимают значения ъ О, если Е X ; 4 1, если S х 4, Г О, если 21х, 8 Р, I 1 1, если гх,;.8 Сигнал суммы принимает значения и, следовательно Р, Р2 0) (Т.е. при р, 1, ) (т.е. при р ) ров 4-6 соответственно равны О, 3, 5, 7,5 единиц. Коллекторный ток транзистора 4 токового повторителя) равен нулю. Транзисторы 5 и б переХодят в состояние насыщения, отбирая входные токи транзисторов 8 и 9, коллекторные токи которых равны нулю, поэтому выходной сигнал суммы равен нулю, а входной ток транзистора 10 не отбирается коллекторами транзисторов 8 и 9. Входной транзистора 10 равен двум единицам, но коллекторный ток также равен двум единицам, а выходной сигнал переноса равен О. Если входные токи транзисторов 1-3 допустим равны трем единицам, то коллекторные токи транзисторов 1-3 также равны трем единицам. Объединенные коллекторы транзисторов 1-3 отбирают ток равный девяти единицам. В этом случае транзисторы 5 и б закрыты, а коллекторный ток транзистора 4 равен девяти единицам.

Так как транзисторы 5 и б закрыты, то входные токи транзисторов 8 и 9 равны единице. Поэтому через коллекторы транзисторов 8 и 9, объединенные с базой транзистора 10, отбирается ток равный двум единицам, следовательно, входной и коллекторный токи транзистора 10 равны нулю, а выходной ток переноса равен двум единицеш. Так как площади коллекторов транзисторов 8 и 9, объединенных с выходной шиной суммы, в четыре раза больше площади коллекторов, соединенных с их базами, то через эти коллекttopa отбираются токи в четыре раза

больше, чем их выходные токи. Поэто му из коллекторного тока транзистора 4, равного девяти единицам, отбирается ток равный восьми единицам. Следовательно, выходной сигнал суммы равен единице: , .

Таким образом, за счет введения новых связей удаления более чем на треть сокращается число используемых в сумматоре транзисторов по сравнению с прототипом. Это приводит, в свою очередь, к повышению технологичности и уменьшению площади, занимаемой сумматором на кристалле.

ЧЕТЫРЕХУРОВНЕВЫЙ ОДНОРАЗРЯДНЫЙ СУММАТОР, содержащий восемь п-р-п транзисторов, р-п-р транзистор и многоколлекторный р-п-р транзистор, база первого п-р-п транзистора соединена с первым коллектором того же транзис1:ора и входной шиной первого, слагаемого сумматора, база второго п-р-п транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной- шиной второго слагаемого сумматора , вторые коллекторы первого и второго и -р-п транзисторов подключены к базе и первому коллектору р-п-р транзистора, третьи коллекторы первого и второго п-р-п транзисторов подключены к базе третьего и-р-п транзистора и к первому коллектору миогоколлекторного р-п-р транзистора, коллектор третьего п-р-п транзистора соединен с базой и первым коллектором четвертого и-р-и транзистора и подключен к второму коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора, коллектор пятого п-р-п транзистора еое.динен с базой и первым коллектором шестого h-р-И транзистора и подключен .к третьему коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора, вторые коллекторы четвертого и шестого п-р-п транзисторов подключены к базе и пер.вому коллектору седьмого п-р-п транзистора, а также к четвертому коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора, второй коллектор седьмого п-р-п транзистора соединен с пятым коллектором многоколлекторного р-п-р транзистора и выходной шиной переноса сумматора, база и первый коллектор восьмого и-p-ti транзистора соединены с входной шиной третьего слагаемого сумматора, эмиттеры всех П-р-п транзисторов и база многоколлекторного p-rt-p транзистора соединены с шиной нулевого потенциала, эмиттер р-п-р транзистора и эмиттер (Л многоколлекторного р-п-р транзистора соединены с шиной питания сумматора, отличающийся тем, что, с целью упрощения четырехуровневого одноразрядного сумматора, второй коллектор первого п-р-п транзистора соединен с вторым коллектором , восьмого h-p-л транзистора, третий I р, коллектор первогоп-р-п транзистора соединен с третьим коллектором восьСП мого и-р-п транзистора, четвертые коллекторы первого, второго и восьмого п-р-и транзисторов подключены vj .к базе пятого п-р-п трангзистора, а 4 также к- шестому коллектору многокол-; лекторного р-п-р транзистора, второй коллектор р-п-р транзистора соединен с выходной шиной суммы cyMiijraтора, а также с третьими, четвертыми, пятыми и шестыми коллекторами четвертого и шестого п-р-п транзисторов .