Криотронный логический элемент ИЛИ Советский патент 1992 года по МПК H03K19/195 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании цифровых устройств обработки данных в интегральном исполнении.

Известен криотронный логический элемент Н Е-ИЛИ, содержащий две ветви, образующие сверхпроводящий контур. Первая ветеь содержит последовательно включенные входные криотроны, вторая - последо- ватэльна включенные выходной и установочный криотроны При наличии сигнала на входе одного из криотронов первой ветви ток. проходящий в ней переключается во вторую ветвь и обус/юэливает формирование выходного сигнапа логического элемента.

Недостатками устройства являются трудности, связанные с сопа:орчнием таких элементов между собой, четкие требования на параметры кри тронсз кдскад-ю включенных эпе ентов н.пкий чг Јфицм- ентусиления по теку что игоуд зет реализацию вычислительны ст ;п иста в интегральном исполнении

Наиболее близким к предлагаемому является криотронный логический элемент ИЛИ, содержащий (фиг. 1) входные шины 1, 2 и 3, 4, выходные шины 5, 6 и шины 7, 8 питания, четыре трансформатора 9-12. пять контуров 13-17, причем первичные обмотки трансформаторов 10 и 11 соединены после- досательно и подключены к шинам питания, втоои ные обмэтки этих трансформаторов входят в контуры 14 и 16. Обмотки трансформаторов 9 и 12 входят в контуры 13. 15 и 17 (порядок включения обмоток а контуры показан нз фиг. 1). Появление тока ас входных шинах 1,2 либо ЗГ4 посредством индуктивной связи контуров 13 и 17с контуром 15 через трзнсфооматоры 9 и 12 изменяет тох в контуре i5, Это обусловливает перераспределен ТОХА в ветвях контуров 15 16 и Формирование выходного перепада ток Б 5, 6

К недостаткам логического .элемента следует отнеси- большую эл 1зг туочую и з бь точность , реализации -Ч ц. н or дзу r.t-u v , iHbu тре 3ует: a w

ОТрОЧОО) ТребсОТ-Ч Ч К Ј ,Gf

.(Л

X

,сл

м

s h

г

1753590

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании цифровых устройств обработки данных в интегральном исполнении. Цель изобретения - упрощение и снижение требований к параметрам криотрона. Кри- отронный логический элемент ИЛИ содержит входные шины, выходные шины, шины питания 7 и 8, четыре трансформатора, пять контуров. Цель достигается за счет новой совокупности связей. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

параметров криотронов, низкий коэффициент усиления по току, большая площадь в интегральном исполнении.

Цель изобретения - упрощение устройства и снижение требований к параметрам криотронов.

Указанная цель достигается тем, что в криотронном логическом элементе ИЛИ, содержащем входные и выходные шины и шины питания, три трансформатора, первичные обмотки первого и второго трансформаторов соединены последовательно и подключены к шинам питания, а также криотрон. первый вывод которого соединен с первым выводом вторичной обмотки первого трансформатора, первичная обмотка третьего трансформатора соединена последовательно со вторичной обмоткой второго трансформатора и с выходными шинами, вторичная обмотка третьего трансформатора соединена со вторым выводом криотрона и со вторым выводом вторичной оомотки первого трансформатора, первичные обмотки первого и второго трансформаторов соединены встречно, а криотрон выполнен в виде магнитно-управляемого вентиля с двумя шинами управления, которые являются входными шинами логического элемента.

С целью увеличения коэффициента усиления по току первый и третий трансформаторы выполняются таким образом, что их коэффициенты трансформации удовлетворяют соотношению

k, k 1,

где щ и пз - соответственно коэффициенты трансформации первого и третьего трансформаторов.

На фиг, 1 показана схема криотронного логического элемента ИЛИ; на фиг 2 - схема предлагаемого криогенного логического элемента; на фиг. 3 - временная диаграмма работы элемента; на фиг. 4 и 5 - варианты топологической реализации элемента в интегральном исполнении.

Криотронный логический элемент ИЛИ содержит входные шины 1-4, выходные шины 5 и 6, шины 7 и 8 питания, трансформаторы 9-12, замкнутые контуры 13-17 Предлагаемый элемент содержит входные шины 18-21, выходные шины 22 и 23 шины 24 и 25 питания, три трансформатора 26-28; контур 29 с к.риотпоном 30 упрэгляющме шины 31 и 32 криотрона первичные обмотки трансформаторов 33-35 вторичные обмотки трансформаторов 36-38

На временной диаграмме (фиг 3} обоз- тоха питания, ч- эд- ные импуньсы 43-45 тока импульсы 50-52 тока.

Топологические варианты интегральной реализации логического элемента (фиг. 4 и 5) содержат шину 53 питания, фрагмент 54 которой выполнен в первом слое коммутации, замкнутый контур 55, содержащий управляемый криотронный элемент 56. управляющие шины 57 и 58, выходной контур 59, выходные шины 60 и 61, индуктивно связанные фрагменты соединительных шин

0 первого и второго уровней (трансформаторы) 62-64, контактные окна между соединениями первого и второго слоев коммутации 65, соединение второго слоя 66. Элемент работает следующим образом.

5 На шины 24-25 питания подаются импульсы 39-42 тока (фиг. 2 и 3). В том случае, когда в управляющих шинах 31 и 32 отсутствует входной ток lex в контуре 29 через трансформатор 26 наводится ток к , кото0 рый протекает через криотрон 30, находящийся в сверхпроводящем состоянии (импульс 46 тока, фиг. 3). Этот ток, протекая через обмотку 38 трансформатора 28 наводит ток в выходном контуре. Одновременно

5 ток питания, проходя через обмотку 34 трансформатора 27, также наводит ток в выходном контуре. Направление этого тока противоположно направлению тока, создаваемого обмоткой 35 трансформатора 28.

0 Такое взаимное направление токов достигается соответствующим включением первичных и вторичных обмоток трансформаторов (фиг. 2, начало обмоток отмечено точками). В результате на выходах 22 и 23 элемента

5 отсутствует выходной сигнал (фиг. 3, вых - 0). В том случае, когда в одной из управляющих шин криотрона 30 появляется входной ток IBX, криотрон 30 переходит из сверхпроводящего состояния в закрытое.

0 После появления импульса 40 тока питания

в цепи 24-25 в контуре 29 ток IKI 0. ПоэTOMV Б выходном контуре наводится ток 1Вых

50 (фиг 3) с помощью трансформатора 27.

Очевидно, что формирование выходно5 го сигнала обусловлено наличием входного

тока хотя бы в одной из двух управляющих

шин 31 и 32. Поэтому логический элемент

выполняет функцию ИЛИ по входам 31 и 32.Логическпй элемент выполняет функ0 цпю ИЛИ только в момент прохождения им- пучьса тока питзчия - сигналы 13 и 44 (фиг. 3) В тем случае когда входной сигнал появляется раньше лмпульсапитанит(сигн1л 45, фиг 3), логический элемент осуществляет

5 форм. роззние длительности сылодного сигнала 52

Псздтагаемо й логический элемент имеет пссетую топологичесчус1 реализацию (4л т -. В интегральном очии тгич.г- фсрмлт 1 25-2S реттиз ются с виде сое

положенных друг над другом в разных слоях коммутации соединительных шин - соответственно области 62, 64 и-63. Шина 53 питания имеет фрагменты в двух слоях коммутации - первом 54 и во втором 62. Переход со слоя на слой осуществляется с помощью контактных окон 65. Фрагменты шины питания в местах 62 и 64 образуют индуктивную СЙРЗЬ с соединениями 55 и 59, т.е. выполняют функцию первичных обмо- ток трансформаторов 26 и 27. Замкнутый контур 29 образован с помощью соединения 55, соединенного с криотроном 56 и имеющего индуктивную связь с выходным контуром 59 в области 63. Выходами эле- мента являются шины 60 и 61, входами 57 и 58. расположенные во втором слое коммутации. Такое расположение этих шин упрощает процесс коммутации таких логических элементов между собой в совместном ис- полнении в едином технологическом цикле.

Увеличение коэффициента усиления по току в предложенном элементе осуществляется за счет использования первого и третьего трансформаторов с коэффициентом пеоедачи соответственно гп пз k, где k 1. При этом в k раз уменьшается ток Iki , циркулирующий в контуре 29 при отсутствии входных сигналов Поэтому в k раз может быть уменьшен входной ток вх, переводящий криотрон 30 из сверхпроводящего состояния в закрытое.

Таким образом, использование первого и третьего трансформаторов с указанными коэффициентами передачи позволяет в k раз увеличить коэффициент усиления потоку.

Топологическая реализация логического элемента при k 2 показана на фиг 5. В этом случае замкнутый контур 29 выполнен в виде контура из двух виткоз, связанных индуктивно с шиной питания 53 в области 62 и выходным контуоом 50 в обтасти 63 В контуре используется соединение 66 во в го- ром слое коммутации Крмотрон 56 хзракте- ризуется в данном .случае в ЛРЭ раза более низким значением критического токи и, соответственно, в доа раза более низкими з на- ченмчми входного тока

-J- Предельное значение коэффициента определяется техночогическьгш ЕСЗМО НО- стями изготовления трансформаторов с тре- буемым отношением витков Ооычно предельное значение k достигает 10-20 Величина k молет принимать поцелуе значе-

ния. например, k 1,5 в случае неполного перекрыть соединений в первом и втором слоях металлизации при интегральном исполнении прибора.

По сравнению с известным предлагаемый логический элемент характеризуется использованием только одного упраоляе- моьго криотрона, меньшим числом других элементов. Элемент допускает непосредственное каскадирование, имеет электрически независимые входы и выходы. Высокий коэффициент усиления по току дает возможность снизить требования к разбросу параметров криотронов разных логических элементов при их изготовлении в едином технологическом цикле. Достоинством элемента является также то, что отсутствует необходимость согласования параметров криотронов внутри отдельно взятого логического элемента ввиду того, что такой криот- рон только один.

Формула изобретения

П - ПЗ К

гдеЬ 1.

f

06SC9U

ft

77ГГ