Ассоциативный запоминающий элемент на мдп-транзисторах Советский патент 1981 года по МПК G11C15/04 

Изобретение относится к запоминающим устройствам и может быть использовано в оптоэлектронных информационн поисковых системах и системах обработ ки и распознавания символов. Известен ассоциативный запоминающий элемент, содержащий активные и нагрузочные МДП-транзисторы, образующие статический триггер, реализующие элемент Неравнозначность, один из которых работает в режиме ключа, и два управляющих транзистора. Затворы управляющих, транзисторов подключены к соответствующим плечам триггера, истоки - к разрядным шинам, стоки - к числовой шине, соединенной с затвором ключевого транзистора, исток которого подключен к общей шине элемента 0 Элемент имеет большое число транзисторов, что усложняет его конструкцию и приводит к потере площади кристалла в случае интегрального исполнения матрицы таких элементов. Кроме того, в элементе отсутствует возможность оптической записи информации, что не позволяет записывать информацию в матрицу элементов параллельно, страницами и снижает скорость обработки информации. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является ассоциативный запоминающий элемент, содержащий активные и нагрузочные транзисторы, образующие статический триггер, транзисторы, образующие элемент Равнозначность, управляющие транзисторы, фо- . тодиод, шину нулевого потенциала, разрядные шины, шину результата, числог вую шину, шину запоминания состояния триггера, шину питания 2j. Затворы первого и второго .транзисторов элемента Равнозначность соединены с разрядными шинами, стоки - с шиной результата, а истоки - со стоками транзисторов, истоки которых соединены с шиной нулевого потенциала, а затворы - соответственно с выходами триггера, затворы управляющих транзистрров соединены с числовой шиной, а стоки - соответственно с выходами триггера. Анод фотодиода подключен к стоку одного из управляющих транзисторов

При переходе этого элемента из режима оптической записи к режиму запоминания коммутируется один из нагруЗОЧ1ШХ МДН-транзисторов, что приводит к насиьшетричной помехе через паразит ный конденсатор, образуемый затвором и стоком транзистора в плечах триггера и снижает фоточувствительность, а следовательно, и надежность элемента. Кроме того, элемент содержит большое число транзисторов, что увеличива ет габариты. Цель изобретения - повышение надеж ности и упрощение элемента. Поставленная цель достигается тем, что в ассоциативный запоминающий злемент на МДП-транзисторах, содержащий управляющие транзисторы, истоки которых соединены с соответствующими разрядными шинами, затворы - с числовой шиной, фотодиод, анод которого подключен к стоку одного из управляющих транзисторов, а катод - к щине нулево го потенциала, шину питания и шину запоминания, переключающие транзисторы , истоки которых подключены к шине результата, стоки - к истокам соответ ствующих нагрузочных транзисторов, причем затвор каждого из переключаю щих транзисторов соединен со стоком смежного переключающего транзистора, стоки управляющих траизисторов подклю чены к истокам соответствуищих нагрузочных транзисторов, введен дополнительньй нагрузочный транзистор, исток которого соединен со стоком другого управляк его транзистора, сток - с ши ной питания, затвор - с шиной запоминания, затворы основных нагрузочных транзисторов соединены с соответству1аци ш разрядшами шинами, стоки - с ши ной питания, а истоки переключающих транзисторов соединены с шиной резуль тата. На 4жг. 1 изображена принципиальная схема ассоциативного запоминающего элемента; на г. 2 - диаграмма операционного цикла элемента. Элемент содержит переключающие 1 и 2, нагрузочные 3 и 4 ЩЩ-транзисторы, образующие статический триггер, управляющие транзисторы 5 и 6, дополнительный нагрузочный транзистор 7 и фотодиод 8. Истоки транзисторов 1 и

соединены с шиной 9 результата, сток транзистора 1 соединен с анодом фотодиода 8, истоком транзистора 3 и стоком транзистора 5, сток транзистора 2с истоками транзисторов 4 и 7 и стоком транзистора 6, а затворы переключающих транзисторов 1 и 2 включены в перекрестную обратную связь в триггере. Затворы транзисторов 3 и 4 соединены соответственно с разрядными шинами 10 и II, а стоки - с шиной 12 питания. Затворы управляющих транзисторов 5 и 6 соединены с числовой шиной 13, исток транзистора 5 соединен с разрядной шиной 10, исток транзистора 6 - с разрядной шиной 11. Затворы транзистора 7 соединены с шиной 14 запоминания, а сток подключен к шине 12 питания. Через 15 и 16 обозначены паразитные конденсаторы затворов транзистор41|р 1 и 2. Катод фотодиода 8 соединен с шиной 17 нулевого потенциала. Элемент работает следуюш м образом. Для предустановки триггера - участок диаграммы 18 (см, фиг, 2) - на разрядные шины 10 и 11 подаются напряжения, соответствующие парафазному коду бита, который необходимо записать в триггер по электрическому каналу. Затем на шину 13 подается адрес-, ный разрешающий сигнал, и информация на шинах 10 и 11 переписывается в триггер. Для оптической записи - участок диаграммы 19 (см. фиг, 2) - фотодиод освещается светом, интенсивность которого соответствует оптическому состоянию О или 1, при этом на шины 10 и 11 подается нулевой потенциал и нагрузочные транзисторы 3 и 4 запираются. Элемент представляет собой в этом режиме усилительный каскад с переключаюш м 2 и нагрузочным 7 транзисторами, охваченный положительной обратной связью на транзисторе 1, По истечении времени экспозии света на фотодиоде, в течение которого конденсатор фотодиода разряжается под действием света, одновременно включаются нагрузочные транзисторы 3 и 4 (участок 20 на фиг. 2) и затем отключается нагрузочный транзистор 7, триггер запоминает затписаиную информацию, обеспечивая на конденсаторах 15 и 16 логические уровни напряжения в соответствии с уравнением: а - X у , где X - двоичное значение оптического 5 у - двоичное значение кода предустановки;f знак логического сложения. Далее, если на разрядные шины 10 и I1 подается парафазное значение кода запроса z и 2, (участок 21 на г, 2) то одно из плеч триггера проводит ток (если есть совпадение кода z и информации в триггере) .или оба плеча не пр водят тока (если нет совпадения кода z н информации в триггере). На этом такте, который длится порядка 0,5 1 МКС, информация хранится на конденсаторах 15 и 16. Снятие кода запроса z переводит нагрузочные транзисторы 3 и 4 в проводящее, состояние и обеспечи вает регенерацию логических уровней на конденсаторах 15 и 16, Таким образом, если регистрировать ток в шине результата 9, то его значение будет соответствовать значению логической функции равнозначность: R 3z + 3z между содержимым триггера J и кодом запроса z. Исследования экспериментальной мат рицы размерностью 16 х 16, составленной из описанных элементов, показывают, что чувствительность по оптическо му входу составляет 1-2-Ю Дж/бит против 5-10 Дж/бит (в прототипе 2). Упрощение конструкции элемента достигается уменьшением числа транзисторов до 7 (против 10 в прототипе). Кроме того за счет исключения элемента Равнозначность потребляемая мощность уменьшается не менее чем в 5 раз. 4 Формула изобретения Ассоциативный запоминающий элемент на МДП-транзисторах, содержащий управляющие транзисторы, истоки которых соединены с соответствующими разрядными шинами, затворы - с числовой шиной, фотодиод, анод которого подключен к стоку одного из управляющих транзисторов , а катод - к шине нулевого потенциала, шину питания и шику запоминания, переключающие транзисторы, истоки которых подключены к шине ре.зультата, стоки - к истокам соответствующих нагрузочных транзисторов, причем затвор каждого из переключающих транзисторов соединен со стоком смежного переключающего транзистора, стоки управляющих транзисторов подключены к истокам соответствукяцих нагрузочных транзисторов, о.тлич ающийс я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения элемента, он содержит дополнительный нагрузочный транзистор, исток которого соединен со стоком другого управляющего транзистора, сток - с шиной питания, затвор - с шиной запоминания, затворы основных нагрузочных транзисторов соединены с соответствующими разрядными шинами, стоки - с шиной питания, а , истоки переключающих транзисторов соединены с шиной резу1}ьтата. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР 441592, кл, G 11 С 15/00, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2644733/18-24, кл. G И С 15/04, 1978 (прототип).

12