Динамический логический элемент Советский патент 1981 года по МПК H03K19/20 

Изобретение относится к вычисли-, тельной технике и предназначено для построения динамических устройств, в частности микроэлектронных.Известно устройство, содержащее два п-р-п транзистора, образующих триггер, и два р-п-р-тр.анзистора, являющихся управляемыми источникгми тока l. , Недостаток данного устройства ограниченные функциональные возможности, так как дополнительные возмож ности, элемента памяти исчерпываются одновходовой операцией сдвига. Известно также устройство, содержащее триггер с непосредственными связями на двух многоколлекторных транзисторах, тактируемый п-р-п-тран зистор, позволяющий совместно с фик сирующим диодом, диодом с малым прямым падением напряжения (наприм.ер диодом-Шоттки) и токозадающим двухколлекторным транзистором обеспечивать нормальную работу элемента как в режиме хранения, так и в режиме ус тановки 2, Недостатком этого устройства явл ется, во-первых, то, что он не може работать на ему подобные элементы б дополнительных схем согласования, ч требует дополнительных аппаратурных затрат при проектировании вычисли- ( тельных структур, а последнее ведет за собой увеличение габаритов, возрастание потребляемых мсядностей и времени обработки информации. Во-вторых, использование коллекторов в качестве входных цепей приводит в режиме установки к значительному повьоаеньл потребляемой мощности. Цель изобретения - уменьшение мсмдности, потребляемой элементом от источника питания. Для этого в устройство, содержащее два многоколлекторных транзистора типа п-р-п с перекрестными коллекторнобазовыми связями, базы которых подключены к коллекторам токозадающе го транзистора р-п-р-типа, 5аза которого соединена с эмиттерами многоколлекторных транзисторов, коллектором ключевого транзистсфа п-р-п-типа и анодом фиксирующего диода, катод которого подключен к общей шине эмиттеру ключевого транзистора и катоду диода с малым прямым падением напряжения, анод которого подключен к коллектору первого многоколлекторного транзистора, база ключевого тран.зистора подключена к ивовой тактовой

шине введены два инжектирун щих транзистора р-п-р-типа, базы которых подключены к аноду фиксирующего диода а эмиттеры ко второй тактовой шине, , коллектор второго инжектирующего транзистора дключен к входам устройства и эмиттеру перехватывающего инжекторного транзистора р-п-р-типа, база которого подключена к аНоду фиксирующего диода, а коллектор - к базе первого, многоколлекторного транзистора, эмиттер токозадающего транзистора подключен к базе ключевого транзистора, а незадействованные коллекторы многоколлекторных транзисторов подключены к выходам устройства.

На фиг. 1 дана принципиальная электрическая схема элемента; на фиг. 2 - топология элемента.

Динамический логический элемент (ДЛЭ) содержит два перекрестно соединенных многоколлекторных транзистора 1 и 2, образующие триггер, токозадающий транзистор 3, ключевой транзистор 4, фиксирующий диод 5, диод 6 с малым прямым падением напряжения, инжектирующие транзисторы 7 и 8 и перехватывакядий инжекторный транзистор 9. ,

Первые тактовые импульсы подаются на эмиттер токозадающего транзистора 3 и базу ключевого транзистора 4, вторые в противофазе подаются на объединенные эмиттеры инжектирующих Транзисторов 7 и 8. Входные логические сигналы подаются на коллектор инжектирующего транзистора 8 и эмиттер перехватывающего инжекторного транзистора 9, а выходные снимаются с незсщействованных коллекторов мнозНЬколлекторных транзисторов 1 и 2.

элемент может работать в режиме х| анения (ключевой транзистор 4 насыщен при подаче импульса на первую Тактовую шину и отсутствии импульса на второй тактовой шине) и в режиме установки (ключевой транзистор 4 закрыт) .

В режиме хранения ключевой транзистор 4 насыщен и потенциал объединенных эмиттеров многоколлекторных транзисторов 1 и 2 равен Уд, что исключает влияние диода с . прямым падением напряжения на режим хранения динамического логического элемента. Присутствие же в этом режиме нулевого потенциала на второй тактовой шине отключает инжектирующие транзисторы 7 и 8, исключая инжекцию тока в базы многоколлекторных транзисторов 1 и 2, следовательно исключается влияние входных сигналов. В этом режиме триггер на многоколлекторных транзисторах 1 и 2 питается От токозадающего транзистора 3.

В режиме установки потенциал объединенных эмиттеров многоколлекторных транзистооов 1 и 2 равен Уд,

инжектирующие транзисторы 7 и 8 начинают инжектировать ток в базы многоколлекторных транзисторов 1 и 2, а токозадающий транзистор 3 отключается . в дальнейшем при описании работы элемента .предположим, что в режиме, хранения многоколлекторный транзистор 1 включен, а многоколлекторный транзистор 2 выключен. Тогда при наличии хотя бы одного нулевого входного сигнала ток инжектирующего транзистора 8 полностью отбирается и таким образом ток в базу многоколлектоного транзистора 2 втекать не будет и триггер сохранит свое предыдущее состояние. В случае же, если нулевой входной сигнал отсутствует, ток от инжектирующего транзистора 8 отбиратся не будет и в базы многоэмиттерных транзисторов 1 и 2 потекут одинаковые токи (в базу многоколлекторнго транзистора 1 от инжектирующего транзистора 7). Однако за счет наличия в коллекторе многоколлекторного транзистора 2 диода б с малым падением напряжения U -i- U. переход база-коллектор многоколлекторного транзистора, 2 будет смещен в прямом направлении, а следовательно не весь ток инжектирующего транзистора В будет втекать в коллектор многоколлекторного транзистора 1, что приведет к появлению тока в базе многоколлекторного транзистора 2, который усиленный в раз, потечет через. многоколлекторный транзистор 2, что повлечет к уменьшению базового тока мыогоколлекторного транзистора 1, а впоследствии к его полному отключению, при этом многоколлекторный транзистор 2 включается.

Из приведенной на фиг.2 топологии ДЛЭ видно, что схема элемента позволяет выполнить все элементы одной фазы в общей изолированной области, причем подложка (Р -область) является эмиттером токозадающего транзистора 3, обслуживающего многоколлектоные транзисторы 1 и 2 в одной фазе. Ключевой транзистор 4, фиксирующий диод 5, база токозадающего транзистора 3 общие для элементов одной Фазы. Коллекторы токозадающего транзистора 3 являются базами многоэмиттерных транзисторов 1 и 2 и коллекторами инжектирующих транзисторов 7 и 9. База токозадающего транзистора 3 является эмиттером многоколлекторных транзисторов 1 и .2, к.оллектором ключевого транзистора 4 и базой инжектирующих транзисторов 7, 8 и .9. Эмиттер перехватывающего инжекторного транзистора 9 является коллектором инжектирующего транзистора 8.

Используя принцип управления инжекции путем введения дополнительных Р-областей, удалось, незначительно усложнив топологию схемы, значительно уменьшить входной ток. а следовательно, и значительно умень шить мощность, потребляемую ДЛЭ по входной цепи. Кроме того, применение предлагаемого ДЛЭ для создания интегральных цифровых устройств позволяет увеличить степень интеграции элементов на кристалле при полученной потребляемой мощности. Кроме то1ГО,. предлагаемое устройство работает на ему подобные, что упрощает про ектируемые вычислительные структуры, уменьшает их габариты, увеличивает их общее быстродействие. о Формула изобретения Динамический логический элемент, содержащий два многоколлекторных тра зистора типа п-р-п с перекрестными коллекторнобазовыми связями, базы ко торых подключены к коллекторам токоЗадающего транзистора р-п-р-типа, ба за которого соединена с эмиттерами Многоколлекторйых транзисторов, коллектором ключевого транзистора п-р-п типа и анодом фиксирующего диода, катод которого подключен к общей шине, эмиттеру ключевого транзистора и катоду диода с малым прямым падением напряжения, анод которого подкл лче,1г j к колллектору первого многоколлекторного транзистора, база ключевого транзистора подключена к первой тактовой шине, .отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, в него введены два инжектирующих транзистора р-п-р-типа, базы которых подключены к аноду фиксирующего диода, а эмиттеры, ко второй тактовой шине, коллектор второго инжектирующего транзистора .подключен к входам устройства и эмиттеру перехватывающего инжекторного транзистора п-р-п-типа, база которого подключена к аноду фиксирующего диода, а коллектор - к базе первого многоколлекторного транзистора, эмиттер токозадающего транзистора под ключен к ключевого транзистора, а незадействованные коллекторы многоколлекторных транзисторов подключены к выходам устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 513391, кл. С 11 С 11/40, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 573881, кл. Н 03 К 19/22, 1976 (прототип)р

rut

о тиг

тнг

Bbix

1