ОДНОТАКТИЫЙ РЕГИСТР СДВИГА Советский патент 1971 года по МПК G11C19/28 

Устройство предназначено для использования в бьгст.родействующи.х схемах вычислительной техники и дискретной автоматики, в частности, в устройствах для преобразования дискретной ииформации с большой скоростью иреобразования, для реализации различных логических и арифметических операций в быстродействующих системах.

Известны быстродействующие однотактиые регистры сдвига на транзисторах или на туннельных диодах и транзнсторах. Их предельная тактовая частота не нревыщает нескольких десятков мегагерц.

Предлагаемый регистр сдвига обладает следуюи1ими нреимуществами: высоким частотным нределом, малой величиной задержек имиульсов поразрядного переноса установки «О и установки «1 относительно тактовых импульсов, технологичностью при микромодульном исполнении благодаря отсутствиЕО функциональных реактивных элементов. Достигается это тем, что в результате накопления заряда в базе диода элемента запрета и вентиля обеспечиваются задержка воздействия потенциального перепада на схему импульсного нотенциального вентиля при установке «1 в последующую ячейку регистра и заирет положительного импульса устаиовки «О. Кроме того, обеспечиваются близкие к единице коэффициенты передачи импульсного

снгнала элементом запрета и вентилем.

Принципиальная схема устройства нриведена на чертеже.

Регистр сдвига состоит из идентичных ячеек, запоминающим элементом которых является триггер с кодовыми входами на последовательио включенных резисторе / и туЕИчельном диоде 2. Схема унравляется разноноляриыми импульсами, приходящими одновремеино по тактовым шииам 3 и 4. Однако она может управляться только положительными тактовыми импульсами, отрицательные же иолучаются инвертироваиием. Происходящая при этом иебольщая задери ка (если инвертор

транзисторный) ие существенна в дпапазоне тактовых частот до 100 мггц.

В статическом режиме храиения пуля в ячейке регистра сдвига (за нулевое состояние принимается малый отрицательный уровень

напряжения) напряжение на диоде 2 ие превыщает иапряжения, соответствующего току максимума, что недостаточио для открывания траизистора 5. Ток, иротекающий во всех элемеитах схемы, кроме туинельного диода 2, резистора 1, диода 6 и резистора 7, пренебрежимо мал. Отрицательиые импульсы тока, смещая накопительный диод 8 в обратном направлении, не вызывают формирования имнульса на выходе импульсно-потенциального

так как диод 8 не был первоначально смещен в прямом направленпи и в базе его не накапливался заряд. Пололчительные тактовые импульсы, приходящие одновремеиио с отрицательпыми, смещают в обратном направлении диод 6 элемента запрета, состоящего нз транзистора 5, резисторов 7 и 10 и диода 6. При этом на выходе элемента запрета формируется положительный импульс установки «О. Если какая-либо ячейка регистра находилась в состоянии «1 (высокий отрицательный уровень напряжения на туннельном диоде ячейки), носледний устанавливает ее в нуль.

В статическом режиме хранения «1 в ячейке регистра сдвига на диоде 2 высокий отрицательный потенциал, транзистор 5 открыт, через резистор 9 и диод 8 протекает прямой ток, смещающий последний в прямом направлении, в результате чего в базе его накапливается заряд. Через днод 6 протекает пренебрежимо малый прямой ток (так как на потенциальном выходе транзистора 5 отрицательный потенциал), основной ток протекает через резисторы 7 и 7(, в результате чего заряд в базе диода не накапливается. Небольшой ток, протекающий через диод 11, несколько смещает рабочую точку триггера иа диоде 2 следующей ячейки регистра сдвига к пиковому зиачению тока на туннельной ветви в случае, если в нем хранится «О. Нелинейное смещение туннельного диода незначительно зависит от величины прямого тока через диод 8, если диод имеет достаточно крутой излом прямой ветви. Благодаря смепд,ению создаются более благоприятиые условия для записи «1 в следующую ячейку. Когда же в пей уже хранится «1, диод 11 закрыт. Отрицательные тактовые имнульсы смещают диод 8 в обратиом нанравлении, формируется отрицательный пмпульс занисн «1. На выходе вентиля 8, 9 положительные тактовые импульсы, смещая диод 6 в обратном направлении, не вызывают формирования положительного импульса установки «О. Диод 12 открывается лишь в случае, если в я-й ячейке хранился «О, а в (/г + 1)-й - «1. В этом случае он смен1,ен в прямом направлении разностью потенциалов: отрицательного на туннельном диоде (п+ 1)-ой ячейки и небольшого ноложительного на диоде 6. Диод 12 является нелинейной нагрузкой туннельного днода. Вольтамперная характернстнка его обеспечивает нсключающий деградацию двухстабнльный режим работы туннельного диода, онтимальное быстродействие и минимальную амплитуду импульса установки «О. Величина ноложительного смещения диода 6 незначительно зависит от величины прямого тока, еслп унотреблять диод 6 с достаточио крутым изломом прямой ветви.

Если в (п-1)-ую ячейку регистра сдвига записана «1, причем занись производится отрицательпым импульсом, приходящим с некоторой задержкой после тактовых, то отрицательный импульс (тактовый) формирует отрицательный импульс установки «1 на выходе вентиля 9, 8, устанавливающий триггер л-й ячейки на резисторе 1 и туннельном диоде 2 в «1. Положительиый же импульс установки «О триггера л-й ячейке запрещается, а в (п-1)-й ячейке устанавливает триггер в «О. Задержка установки отрицательиого потенциального уровня на диоде 8 такова, что величина помехи ототрицательного

тактового имнульса невелика из-за эффекта наконления заряда в базе диода S и не вызывает установки диода 2 (/г-И)-й ячейки в состояние «I. Кроме того, он остается в состоянии «О, так как задержка снада

положительного уровня на диоде 6 такова, что за счет эффекта рассасывания заряда в базе диода 6 тактовый импульс формирует положительный импульс установки «О, удерживающий тупнельный днод 2 (л+1)-й ячейки в состоянии «О. Новторное воздействие тактовых имнульсов вызывает устаиовку триггера (/г-Ц)-й ячейки в состояние «1, а триггера я-й ячейки - в «О. Задержка установки ноложительного уровня на диоде 6 такова, что

величина помехи от положительного тактового импульса из-за эффекта накопления заряда в базе диода 6 не вызывает установки триггера (/г+1)-ой ячейки в «О. Таким образом обеспечивается сдвиг состояния «1 из

(Л-1)-й ячейки в (/г-Ц)-ю через два тактовых импульса, т. е. в соответствии соднотактпым режимом циркуляции информации. Если в (Л-1)-ю и в /г-ую ячейки записана «1, то тактовые имнульсы вызывают запись. «О в

(п-1)-ю ячейку и занись «1 в (. В п-ю же ячейку не записываются ни «О, ни «1. Это значительно повышает стабильность работы регнстра, особенно на высоких частотах.- . ,1

Высокий частотный предел при сравнительной некритичности к длительности тактовых импульсов обусловлен эффектом наконления заряда неравновесных носителей в базах диодов элемента запрета и вентиля. Благодаря элемеиту заирета и вентилю имнульсы установки «О и «I перераспределяются в зависимости от информации, хранимой в регистре сдвига, и согласно требованиям однотактного режима циркуляции информации в регнстре.

При воздействии соответствую1цих тактовых импульсов на диоды элемента заирета и вентиля в зависимости от хранимой в ячейках информации в том или другом диоде нроисхоДит рассасывание акопленного заряда, во время которого сонротивление диода преиебрежимо мало; сигнал на выходе элемента занрета или вентиля равен соответствующему тактовому импульсу.

Величина накопленного заряда, экснотенциально зависящая от длительности протекания прямого тока, существенна в случае применения высокочастотных диодов при дличто соответствует максимальной частоте переключений 100-200 мггц.

Предмет и з о б.р е н и я Однотактный регистр сдвига из однотипных ячеек на основе туннельных диодов и транзисторов, отличающийся тем, что, с целью новышения быстродействия и обеспечения однотактного режима циркуляции информации, триггер на туннельном диоде соединен со входом эмиттерного повторителя, эмиттер которого соединен с шиной тактовых импульсов через резистор и диод с накоплением заряда, который через диод соединен с триггером следующей ячейки, а трнггер - с эмиттером эмиттерного повторителя через диод и резистор, причем их общая точка соединена с резистором смещения и через другой диод с накоплением заряда -с другой щипой тактовых имnVMbCOB.

V i,

п - i