Быстродействующий помехоустойчивыйлОгичЕСКий элЕМЕНТ и-или/ и-или-HE Советский патент 1981 года по МПК H03K19/08 

Изобретение относится к устройствам импульсной и цифровой техники, в частности, к логическим элементам (ЛЭ) ЭВМ. Известны ЛЭ, содержащие переключатели тока первой ступени, инверсные и прямые выходы которых соответственно подключены к базам входных и опорного транзистора переключателя тока второй ступени l и 2. Основными недостатками известных .устройств являются низкое быстродействие и помехоустойчивость, большая потребляемая мощность при реализации элементарной логической функции, особенно при работе ЛЭ на значительную емкостную нагрузку (.при достаточно большой величине коэффициента разветвления по выходу), возможность захода опорных транзисторов переключателей тока первой ступени в режим насыщения при количестве их больше трех, зависимость логического перепада от режима, температуры и разброса параметров схемы. Цель изобретения - увеличение быстродействия и повьппение помехоустойчивости, снижение потребляемой мощности. Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее коллекторно соединенные переключатели первой ступени, инвёрсньте и прямой выходы которых подключены к базам входных транзисторов и базе опорного транзистора переключателя тока второй ступени, введены параллельно включенные эмиз- терные повторители, эмиттеры которых соединены с соответствуюпщми базами входных транзисторов переключателей тока первой ступени, а коллекторы через соответствующие резисторы с коллекторами транзисторов переключателей тока первой ступени и общей шиной, и непосредственно ,с базой дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к общей щине. а эмиттер соединен с базой опорного многоэмиттерного транзистора переклю чателей тока первой ступени анодом диода, катод которого соединен с ба;зами транзисторов генераторов тока первой и второй ступени и через резистор - с. базами транзисторов генераторов тока входных эмиттерных повторителей, которые через резистор соединены с шиной питания. На чертеже приведена принципиальная схема ЛЭ. Устройство содержит на входе параллельно включенные эмиттерные пов.торители на транзисторах 1 ...1, in rrin транзисторы 2...2 переключателей ;тока первой ступени своими базами подключены к эмиттерам соответствующих серий повторителей, а эмиттерами - к эмиттерам опорного многоэмиттерного гран зистора 3. Данные входные эмиттерные повторители и переключатели тока образуют первую логическую ступень. Вторая логическая ступень ЛЭ соетоит из переключателя тока на п входов : из входных транзисторов 4... 4 и опорного 5. Причем база опорного транзистора 5 подключена к коллектору 7 опорного многоэмиттерного транзистора 3, а базы транзисторов ,4...4п с соответствующими коллекторами транзисторов 2 ... 2 переключателей тока первой ступени. В эмиттер ных цепях входных эмиттерных повтори телей и переключателей тока как первой, так и второй ступеней использов ны транзисторные генераторы тока на транзисторах 6 .. . 6 , . .. 7 , 8 с управлением по базам. Между общей шиной и коллекторами входных эмиттерных повторителей i4 mi n - mn коллекторными резисторами переключателя тока первой ступени 9 ...9j,, 10 включен дополнительный резистор J1. Резистор 11 соединен с базой транзистора 12 с общим коллектором, нагруженного на цепочку последовательно соединен ных диода 13 и резисторов 14 и 15. Катод диода 13 соединен с базами транзисторов 7, ... 7. , 8, а средняя тчэчка резисторов 14 и 15 соединена с базами транзисторов 6 . . .6 . Коллекторные резисторы переключателя тока второй ступени 16 и 17 расположены между общей шиной и выходами 1.8 и 19 логических элементов Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии на все входы эмиттерных повторителей поданы сигналы логического О (для анализа используется отрицательная логика) . При этом транзисторы 2 ...2 открыты, на инверсных выходах переключателей тока первой ступени - отрицательное напряжение, а на прямом выходе со стороны опорного многоэмиттерного транзистора 3 - положительное. На дополнительном резисторе 11 есть напряжение от суммарного тока через открытые транзисторы 2 ...2 и входные змиттерные повторители, которое через транзистор 12 с общим коллектором и цепочку диода 13 и резисторов 14 и 15, передается на базу опорного транзистора 3 и базы транзисторов 6... 6, 7 . .. 7 , 8 в цепях генераторов тока. Входные транзисторы переключателя тока второй ступени 4.... 4 заперты, на выходе 18 - положительное напряжение или логический О, а на выходе 19 - отрицательное или логическая 1. При подаче логической 1 только на входы эмиттерных повторителей 1 ...1 транзистор 2 закрывается, на его инверсном выходе образуется положительное напряжение, а на прямом выходе опорного многоэмиттерного транзистора 3 - отрицательное напряжение. Транзистор 4 переключателя тока второй ступени открывается, а на выходе 18 образуется отрицательное напряжение или логическая 1, опорный транзистор 5 закрьшается и на выходе 19 появляется положительное напряжение или логический О. Напряжение на резисторе 11 не изменяется. В-зависимости от кодов, поступающих на входы эмиттерных повторите 1ей на выходе 18 ЛЭ, выполняется логическая функция И-ИЛИ на выходе 19 И-ИЛИ-НЕ, при этом осуществляется парафазное управление второй ступенью ЛЭ, равносильное стандартному однофазному управлению с удвоенной величиной логического сигнала. Напряжение на резисторе 11 практически неизменно, следовательно, по переменному току включение резистора соответствует режиму.короткого замыкания и резистор не влияет на инерционность переходных процессов в коллекторных цепях входных повторителей и переключателей тока первой сту пени. В то же время вследствие отрицательной обратной связи, цепь которой состоит из резистора 11, транзистора 12, диода 13, резисторов 14 и 15, в ЛЭ происходит частичная компенсация изменений величины опорного напряжения и логического перепада по напряжению, температуры, разбросу параметров схемы. Величина резистора 11 может быть рассчитана на разные величины потребляемой мощности ЛЭ. При действии ряда дестабилизирующих факторов изменение напряжения на резисторе 11 по цепи обратной связи передается на базу опорного многоэмиттерного транзистора 3 и базы транзисторов 6 ...6,, В цепях генераторов тока,чем достигается компенсация нежелательных изменений токов в цепях генераторов токов и в цепи источника опорного смещения. Посредством этого на коллекторных выходах переключателя тока первой ступени достигается фиксация перепадов напряжения, а на базе опор ного транзистора - фиксация необходи мого опорного смещения. За счет регу лирования глубины обратной связи выбором соответствующих величин резисторов 11,14 и 15 и в цепях генераторов тока можно управлять величиной запаса помехоустойчивости по уровням О и 1. Наряду с парафазным управ лением второй ступени ЛЭ сигналами с коллекторов переключателя тока первой ступени положительный эффект от использования обратной связи является важным свойством ЛЭ, позволяю щим скомпенсировать изменение логиче кого перепада, опорного смещения от ряда дестабилизирующих факторов, например, частичного изменения нагрузо режимных условий, разброса параметро схемы. Вследствие малого выходного сопротивления эмиттерного повторителя, подсоединенного к базе многоэмиттерного транзистора, задержка, связанна с постоянной времени внешней цепи базы, сведена к минимуму. Включение на выходе ЛЭ эмиттерных повторителей позволяет по сравнению с известным техническим решением, вопервых, в несколько раз уменьшить входную емкость ЛЭ и во-вторых, значительно уменьшить суммарные емкости соответствующие инверсным выходам 8 ПТ первой ступени, поэтому не имеет смысла увеличивать потребление мощности ПТ второй логической ступени при работе на значительную емкостную нагрузку при больщом коэффициенте разветвления. Таким образом, парафазное управление второй ступени, отрицательная обратная связь, использование эмиттерных повторителей в качестве входных позволяет значительно уменьшить потребляемую мощность за счет уменьшения потребляемого тока вследствие малого логического перепада при значительном увеличении быстродействия и увеличении запаса помехоустойчивости ЛЭ. Формула изобретения Быстродействующий помехоустойчивый логический элемент И-ИЛИ/И-ШШ-НЕ, содержащий коллекторно соединенные переключатели тока первой ступени, инверсные и прямой выходы которых подключены соответственно к базам входных транзисторов и базе опорного транзистора переключателя тока второй ступени, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия повьппения помехоустойчивости и уменьшения потребляемой мощности, в устройство введены параллельно включенные входные эмиттерные повторители, эмиттеры которых соединены Ссоответствуюпшми базами входных транзисторов переключателей тока первой ступени, а коллекторы - через соответствующие резисторы с коллекторами транзисторов переключателей тока первой ступени и общей шиной, и непосредственно с базой дополнительного транзистора, коллектор которого подключен к общей шине, а эмиттер соединен с базой опорного многоэмиттерного транзистора переключателей тока первой ступени и анодом диода, катод которого соединен с базами транзисторов тока перекпючателей тока первой и второй ступени и через езистор с базами транзисторов Венера-;оров тока входных эмиттерных повтоителей, которые через резистор соедиены с шииой питания. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Заявка ФРГ № 2518861, л. Н 03 К 19/08, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР 501482, кп. Н 03 К 19/02, 1976. в5 п rw - -En