Логический элемент Советский патент 1986 года по МПК H03K19/09 

Изобретение относится к импульсно технике, а именно к логическим элементам (ЛЭ) с инжекционным питанием.

Цель изобретения - повышение надежности работы логического элемента путем расширения области допустимых значений параметров входящих в него компонентов.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема ЛЭ на фиг.2 интегральная структура ЛЭ, поперечное сечение, на фиг.З - эквивалентная схема для анализа взаимодействия ЛЭ при реализации различных логических функций.

Логический элемент (фиг.1) содержит и -р-и-транзис тор 1, эмиттер которого соединен с общей шиной 2, кол лектор соединен с выходом 3, а база - с входом 4 и коллектором р-и-р- транзистора 5, база которого соединена с общей шиной 2, а эмиттер подключен к шине 6 питания, база и коллектор дополнительного р-п-р-тран- зистора 7 соединены соответственно с коллектором и базой h-p-h-транзис- тора 1, а эмиттер подключен к дополнительной шине питания 8.

Интегральная структура () содержит подложку 9j эпитаксиальную пленку h-типа 10 с высоколегирован- ньм h скрытым слоем 11, инжекторную область р -типа 12 и базовую область р-типа 13, расположенные в эпитаксиальной пленке, коллекторную областьп -типа 14, расположенную в базовой области 13, и высоколегированную поликремниевую область р -типа 15, расположеннзто на коллекторной области 14.

Работу ЛЭ. рассмотрим в цепи аналогичных элементов (фиг.З), когда вход каждого последукицего элемента соединяется с вьпсодом предьщущего. При этом ЛЭ нагружен на один, но бо- лее мощный ЛЭ (например, площади р-1п-переходов нагрузочного элемента в К раз превышают аналогичные площади p-h-переходов исследуемого элемента) , и токи, втекающие из шин пи- тания в нагрузочньш элемент, в К раз больше токов, втекающих из шин питания в исследуемый ЛЭ, где.К - коэффициент разветвления по выходу ЛЭ в реальной логической схеме. Максимальный коэффициент К , при котором ЛЭ работоспособен, характеризует его нагрузочную способность. Аналогичным образом вход исследуемого ЛЭ считаем соединенным с одним тйким же элементом, параметры которого в К раз отличаются от параметров исследуемого ЛЭ, где Kj - коэффициент объединения по входу ЛЭ в реальной логической схеме.

Поскольку к шинам питания могут подключаться как генераторы тока, так и генераторы напряжения, возможны четыре различньгх режима питания ЛЭ: когда обе шины питания подключены к генераторам тока: когда одна из шин питания подключена к генератору тока, а другая - к генератору напряжения5 когда обе шины питания подключены к генераторам напряжения.

.Рассмотрим режим, когда обе шины питания подключены к генераторам тока (фиг.З). Если исследуемый ЛЭ 16 находится во включенном состоянии, то транзисторы 1,5 и 7 работают в насыщенном режиме. При этом потенциал на входе 4 соответствует высокому логическому уровню (уровню логической 1) и равен падению напряжения на р-м-переходе база-эмиттер насыщенного h-p-h-транзистора 1, а потенциал на выходе 3 соответствует низкому логическому уровню (уровню логического О) и равен падению напряжения на насыщенном h-p-h-транзисто- ре 1. Ток t шины 6 питания через транзистор 5 с соответствующим коэффициентом передачи поступает в базу транзистора 1. Ток второй шины 8 питания через транзистор 7 с соответствующими коэффициентами передачи поступает в коллектор и базу транзистора 1.

Соседние логические элементы 17 и 18, соединенные соответственно с входом 4 и выходом 3 ЛЭ 16, находятся в выключенном состоянии: ключевые n-p-h-транзисторы работают в режиме отсечки, а р-н-р-транзисторы - в нормальном активном режиме (НАР). При этом на выход 3 ЛЭ 16 поступает сумма коллекторных токов р-ь-р-транзис- торов Из ЛЭ 18, а на вход 4 - базо- вьй ток p-h-p-транзистора из ЛЭ 17.

Из эквивалентной модели типа Эбер са-Молла следует ограничение на область допустимых значений параметров компонентов ЛЭ, которое выражает условие работоспособности (условие

работы ключевого и-р-и-транзистора в насыщенном режиме)

и к, . Р P,f (К,К,-1)()

(-° .,-(K,(vi)

(1)

Ч - температурный потенциал. Ограничение на область допустимых значений параметров компонентов обыч ного инжекционного ключа (известного) , когда в качестве источника питания используется генератор напряже-

10 ния, имеет вид

К,

I

N%.H

(.;

где of нормальньм коэффициент пере- дачи тока ключевого ьс-р-ц- транзистора 1 (снизу вверх в интегральной структуре)J о(, ,о( - нормальный и инверсный коэффициенты передачи тока ин-. . жекционного р-п-р-транзисто- Сравнение ограничений (3) и (4) ра 5; 15 показьюает, что условием расширения - нормальный коэффициент пере- области допустимых значений параметров компонентов предлагаемого ЛЭ по сравнению с известным является выполнение неравенства , что.

о(

дачи тока р-н-р-транзисто- ра 7. Ограничение на область допустимых

значений параметров компонентов обыч- д в свою очередь, означает увеличение ного инжекционного ключа (известного), нагрузочной способности предлагаемо- когда в качестве источника питания го ЛЭ. При данном режиме питания

71Э область допустимых значений расширяется при уменьшении коэффициента 25 передачи о(.

В случае, если шина 6 питания подключена к генератору тока 1 , а 1 шина 8 питания - к генератору напряиспользуется генератор тока, имеет вид ц К.

JV

oi.(-«XJ. )

Сравнение ограничений (1) и (2) показьшает, что область допустимых значений параметров компонентов предлагаемого ЛЭ по сравнению с известным ЛЭ расширяется при работе ЛЭ на более мощную нагрузку, и условием расширения области допустимых значений параметров компонентов является выполнение неравенства Тажения и

1

режимы работы транзисторов ЛЭ 16 (фиг.2) во включенном состоянии не изменяются. В выключенных ЛЭ 17 и 18 ключевой и-p-h-транзистор 1 и p-h-p-транзистор 7 работают в режиме отсечки, а инжекционньй p-h-p- транзистор 5 - в нормальном активном

КИМ образом, расширение области до- режиме. Таким образом, ток на вход 4

пустимых значений параметров компонентов приводит к увеличению нагрузочной способности предлагаемого ЛЭ по сравнению с известным. Область допустимых значений расширяется при уменьшении коэффициента передачи о( введенно го р-п-р-транзистора 7.

Аналогичным образом работает ЛЭ, если шина 6 питания подключена к генератору напряжения U , а шина 8 питания - к генератору тока Т (фиг.З) Режимы работы транзисторов во включенном и выключенном состояниях ЛЭ не изменяются по сравнению с режимом питания ЛЭ от двух генераторов тока.

Ограничение на область допустимых значений параметров компонентов в этом слзгчае имеет вид

U,Kj-t )(1-о(

J

К,.кХ(К,-К,,1)()

.. fr

где - тепловой ток эмиттерного перехода инжекционного транзистора 5}

Ч - температурный потенциал. Ограничение на область допустимых значений параметров компонентов обычного инжекционного ключа (известного) , когда в качестве источника питания используется генератор напряже-

. . Сравнение ограничений (3) и (4) показьюает, что условием расширения области допустимых значений параметров компонентов предлагаемого ЛЭ по сравнению с известным является выполнение неравенства , что.

ния, имеет вид

Сравнение ог показьюает, что области допустим метров компонен ЛЭ по сравнению выполнение нерав

К,

I

N%.H

(.;

е ограничений что условием устимых значе онентов предл ению с извест неравенства K

жения и

1

режимы работы транзисторов ЛЭ 16 (фиг.2) во включенном состоянии не изменяются. В выключенных ЛЭ 17 и 18 ключевой и-p-h-транзистор 1 и p-h-p-транзистор 7 работают в режиме отсечки, а инжекционньй p-h-p- транзистор 5 - в нормальном активном

ЛЭ 16 из элемента 17 не поступает, а на вход 3 ЛЭ 16 поступает только коллекторный ток р-н-р-транзистора 5 на ЛЭ 18.

Ограничение на область допустимых значений параметров компонентов.ЛЭ в данном режиме питания имеет вид

ot.. JliJ

.

С5)

Условие расширения области допустимых значений параметров компонентов предлагаемого ЛЭ в данном режиме питания по сравнению с известным

(условие (2)) имеет вид oi t/() , причем в данном случае область допустимых значений расширяется при увели(S)

чении коэффициента передает oi .

- j

12233576

расширяется при увеличении коэффициента передачи oL ,

Выполнение ЛЭ согласно предлагаемому изобретению позволяет расши- 5 рить область допустимых значений параметров компонентов и увеличить нагрузочную способность по сравнению с известным во всех режимах питания. Причем в зависимости от веК, напряжения Uj тепло- 0 личины коэффициента передачи esi вве. денного p-h-p-транзистора можно выбирать тот или иной режим питания ЛЭ для обеспечения максимальной области допустимых значений парамет- 15 ров компонентов. Таким образом, в сравнении с известным предлагаемое выполнение ЛЭ позволяет повысить надежность его работы путем расширения области ДОПУСТИ1Ф1Х значений параметров компонентов.

В данном режиме питания ток J связан с напряжением на шине 8 питания (J соотношением вида

, С6)

где р и о - коэф циенты, зависящие от коэффициентов передачи о(. , коэффициента

вых токов Ьдо температурного потенциала

Р ,(,,и,,1 „,); r-fJ«,. Tb

И, наконец, если обе шины 6 и 8 питания подключены к генераторам напряжения U и U (фиг.З), работа ЛЭ во включенном и выключенном состояниях аналогична предьщущему случаю режимы работы транзисторов не изменяются .

Ограничение на область допустимых значений параметров компонентов ЛЭ в данном режиме питания имеет вИд

20

25

Формула изобретения

Логический элемент, содержащий п-р-п-транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной, коллектор - с выходом, а база - с входом и коллектором p-h-p-транзистора, база которого соединена с общей шиной, а эмиттер подключен к шине питания, о тли.чающийся тем, что, с целью повьшгения надежности работы логического элемента, в него введен дополнительный р-к-р-траизистор, база и коллектор которого соединены соответственно с коллектором и базой К-р-а-транзистора, а эммитер подключен к -дополнительной шине питания.

h К, Г

- STfrг 1 р quo

K.tirrr- .тг

где ток Ij связан с напряжением U на шине В соотношением (6).

Условие расширения области допустимых значений параметров компонентов ЛЭ в данном режиме йитания по сравнению с известным (условие (4) имеет видо((К.+1) . И в данном случае область допустимых значений

Формула изобретения

Логический элемент, содержащий п-р-п-транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной, коллектор - с выходом, а база - с входом и коллектором p-h-p-транзистора, база которого соединена с общей шиной, а эмиттер подключен к шине питания, о тли.чающийся тем, что, с целью повьшгения надежности работы логического элемента, в него введен дополнительный р-к-р-траизистор, база и коллектор которого соединены соответственно с коллектором и базой К-р-а-транзистора, а эммитер подключен к -дополнительной шине питания.

Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения - повышение надежности работы логического элемента, содержащего и-p-h-транзис- тор (т), эмиттер которого соединен с общей шиной 2, коллектор - с выходом 3, а база - с входом 4 и коллектором р-Ь-р Т 5. База Т 5 соединена с шиной 2, а эмиттер - с шиной 6 питания. База и коллектор дополнительного р-и-р Т 7 соединены соответственно с коллектором и базой Т 1, а эмиттер- с дополнительной шиной 8 питания. В описании приведена интегральная структура логического элемента. Введение дополнительного Т 7 и его функциональные связи позволили расширить область допустимых значений параметров компонентов и увеличить нагрузочную способность. 1 ил. (П tsD tsD СО 00 ел sl У Фиг.1

Фп-Г

ВНИИПИ Заказ 1723/58

J L±L.J «Pw.J

Тираж 816 Подписное

L..

.J

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