Быстродействующий микромощный логический элемент и-или/и-или-не Советский патент 1978 года по МПК H03K19/02 

(54) БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ А№ КРОМОЩНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ И ИЛИ/И-ИЛИ-НЁ

Изобретение относится к устройствам импульсной и цифровой техники, в частности к логическим элементам (ЛЭ) ЭВМ.

Ширсжо известен быстродействующий логический элемент, реализующий элементарную логическую функцию ИЛИ/ИЛИ-Ш, содержащий связанные по эмиттерам входные и опорный транзисторы нако из-за большой.величины мощности потребления известный ЛЭне может быть использован в интегральных схемах высо степени интеграции.

Имеется рад схемотехнических решений, с помощью которых возможно уменьшение потребляемой мощности и увеличение быстродействия на реализацию одной логической функции, в частности известен логический элемент, содержащий паралле/шно включенные переключатели т ежа с объединением i коллекторов опорных транзисторов для реализации логической функции И-ИЛИ . Однако этсутст вие дополнительной логической функции И-ИЛИ-НЕ и значительная величина мощности потребления для стандартных логических перепадов (О,8...1В) не позволяют использовать это схемотехническое решение при разработке сложных больших интегральных схем (БИС).

С целью реализации дополнительной .

логической функции И-ИЛИ-НЕ, снижения потребляемой мощности и увеличения быстродействия на элементарную логическую функцию, малокомпонентности для интегрального исполнения в быстродействующий микромощный логический элемент, содержащий логическую ступень, реализующую функцию И-ИЛИ , выполненную на переключателях тока, копп кторы которых

объединены, и источник опорного напряжения , введены вторая логическая ступень, выполненная на переключателе тока, и. многоэмиттерный опорный транзистор. Коллекторы входных транзисторов первой

логической ступени соединены с общей шиной, эмиттеры - с соответствующими эмиттерами опорного многое миттерного транзистора, коллектор которого соединен с базой входного транзистора переключателя тока второй логической сту 62 пени и черва резистор соединен с обшей шиной, а база соединена с базой опорнсц. го грайзистора второй логической ступени к источником смещения. Кроме того, параллельно коллекторному резне тору опор цого многоэмнттерного транзистора может быть включен диод Шоттки. На чертежеПриведена схема быстродействукядего микромощного логического элемента И-ИЛИ/И-ИЛИ-НЕ. Первая ступень, реализующая с помощь схемотехнического приема объединения коллекторов в логическую функцию И-ИЛЙ состоит из М переключателей тока со входными транзистсфами li. , l.,,,,, , .„. тг- 1)„я многоэмиттерного тра наистора 2, причем каждая серий транзнстсфоа на rt входов соединена своими эмиттерами с соответствующим эмиттером транзистора 2, Резистор 3 в коллекторной цепи транзистора 2 может быть зашунтирован диодом 4 Шоттки для пре дотвращения режима насыщения при большом чис/ю М, Вторая ступень, необходимая для реализаиии яогическсй функции И-ИЛЙ-НЕ, имеет переключатель тока на двух транзисторах 5 и 6, ва фазу опорного транзистора 5, связанную с базой транзистора 2 первой ступени,подается опорное напряжение источника 7, а база транзистора 6 подключена к коллектору транзистора 2, В коллекторную цепь транзистора 6 включен нагрузочньй резистор 8, а коллектор транзистора 5-аазвмлен. Для которых применений ЛЭ целесообразнее использовать в коллекторной цепи транзистора 5 нагрузочный резистор. Для анализа работы ЛЭ используется отрицательная логика, когда за логический О принимается положительное напряжение, а за логическую 1 - отрицательное. В исходном состоянии на все входы подаются коды логического О. все входные транзисторы Ij, положительное напряжение или логический О. Положительное напряжение передается с 1{оллектора транзистора 2 на базу транзистора 6, транзистор 6 открывается , а транзистор 5 эакрьгоается. На выходе 10 I - отрицательное напряжение или логическая i. При подаче на все входы кодов логической I все входные транэисторы-закрыты, транзистор 2-от- крыт, на выходе 9- отрицательное напряжение или логическая ,. Транзистор 6 второй ступени-закрыт, на выходе 10 положительное напряжение, соответствую94щее логическому О. В зависимости от кодов, поступающих на входы эмиттерных повторителей первой ступени, на коллекторе транзистора 2 (выходе 9) stiполняется логическая функция И-ИЛИ (Ац x..Ajjj) -f (AUJ. X ...), а на коллекторе входного транзистора второй ступени 6 (выходе 10) выполняется логическая функция И-44ЛИ-НЕ (А., х ...хА.„7 + т« -т 1|Г|| ii.iiMipiii JJJ.| ...(b ; в случае, котда нет необходимости в допшлогической оптации инверсии, первая ступень, отмеченнаа на чертеже пунктиром, представляет законченное функшюнаяьное устройство, реализующее логическую фуик И-ЛЛИ при малых величинах времени задержки и потребляемой мощности на выполнение элементарной логической функции. Использование шунтирующего коллек орный резистор диода Шоттки, предохраняющего от насьоцешш транзистора 2, и потери быстродействия ЛЭ можно избежать, ограничивая число серий входных эмиттерных повторителей до трех. Использование на входе эмиттерных повторителей, характеризующихся малой входной емкостью, позволяет значительно увеличить foicTpoдействие логического элемента при большом коэф4в1Ш1енте разветвления.Заземление коллектора транзистора 5 также приводит: к увеличению (быстродействия ЛЭ. Напряжение питания логического wieмента может быть снижено до 1,2 В, без снижения в надежности функционирования за счет того, что между щинами: питания и общей шиной имеется только один прямосмещенный р-м переход.По этой причине можно значительно уменьшить потребляемую мсяцность (одновременно уменьшая рабочие токи в первой и второй ступенях). Описьгааемый ЛЭ является достаточно |малокомпонентным и вследствие использования технологических МЭТ и входных транзисторов с о&цим коллектором, соединенных с обшей щииой, занимает малую площадь в кристалле, .обеспечивая достаточно высокую степень интеграхши в субсистеме БИС. Формулаизобретения 1. Быстродействующий микромощный логический элемент И- ЛИ/И-ИЛИ-НЕ, содержащий логическую ступень, реализующую функцию И-ИЛИ , выполненную на переключателях тока, коллекторы которых

объединены, и источник опорного смещв ниа, отличаюшв йся тем. что, с целью реализации дополнительной логической функции , сниження потребляемой мощности и увеличения быстродействия на элементарную логическую фушигаю, введены вторая логическая ступень, выполненная на переключателе тока, и многоэмит ерный опорный транзистор, коллекторы входных трана1сторов первой логической ступени соединены с общей шиной, эмиттеры - с соответствующими «vffiTT aMH опорного мнэт оэмиттерного трана1стора, коллект(ф которого соединен с базой входного транзистсфа переключателя тока второй логической

H -J-J

-juir -

44

/ffig far

ая

ступени и через резистор соединен с общей шиной, а база соединена с базой опорного транзистора второй логической ступени и источником смещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1,MECL hortdbook. Motorola, 19 71.

2.Патент США № 3579272, кл. ЗО7-218, 1971.