Логический вентиль Советский патент 1982 года по МПК H03K19/84 

. (54) ЛОГИЧЕСКИЙ ВЕНТИЛЬ

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для испопьзова- . ния в качестве базового эпемевта при проектировании маломощных и быстродействующих схем И-ИЛИ-НЕ.

Известен логический элемент, содержащий токозадающий элемент и переключающий п-р-п транзистор, эмиттер которого соединен с первой иганой питания, база соединена с первым выводом токозадающего элемента, второй вывод которогч соединен с второй шиной питания Особенностью рассмотренного вентиля 51Вляется то; что повышение Ё1ЛстродеЙствия в них достигается использованием в качестве переключающего транзистора

ШотткиХ

Недостатками таких вентилей $1Вля1С1 «ся; во-первых, нео6хо1шмость вспользоват1э в них диоды Шоттки двух типов (с высоким барьером в качестве щунтирукщих диодов и с низким барьером в качестве развязывающих), что сужает температурный диапазон работы и помехоустойчивость, и, во-вторых, сложность, реализации нескольких выходов у транзистора при его реализации в интегральном нсполненнв.

Известен вентиль, предназначенный для реализашга функций И-ИЛИ-НЕ и содержаишй. токозадаюощй элемент, входные (развяэьюающие базовые) диоды Шоттки и многоколлекторный транзистор типа

10 п-р-«, коллекторы которого соединены с выходами вентиля, эмиттер соединен с щиной питания, база соединена с первым выводом токозадающего элемента и с анодами упомянутых диодов

15 lUtxTTKtt, катоды которых соединены с входами вентиля, второй вывод токозадающего элемента соединен с в горой шиной питания

Недостатком известного вентиля явля20 ется невысокое быстродействие, овуоловленное насыщенным режимом работы ° переключакйцего транзистора. Подключать же в вентиле шунтирующие диоды Шотткн известным образом между базой многоколпекторного транзистора и каждым из коллекторов нецелесообразно это резко усложнит схему (нужно большое количество диодов другого, по сравнению с развязывающими диодами, типа) и, как было указано выше, снизит ее помехоустой яивость. Кроме того, вентил чрезвычайно сложно реализовать в виде интегральной схемы. Цель изофетения - повышение быстродействия венгиля без его усложнения. Для достижения поставленной цели в логическом вентиле, содержащем токозадающий элемент, входные i диоды Шоттк и многоколлекгорный транзистор типа п-р коллекторы которого соединены с выхода ми Вентиля, соединен с первой шиной питания, база соединена с анодам входных диодов Шоттки, катоды которых соединены со входами вентиля, токозадающий элемент включен между базой многоколлекторного транзистора и второй ш ной питания, в качестве токозадакщего элемента использован диод Шоттки, като которого соединен с базой многоколлекторного транзистора, а анод - с второй шиной питания. На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого вентиля. Логический вентиль содержит Одиод 1 Шоттки в качестве токозадакщего элемента, входные диоды 2 Шоттки, многоколлекторный транзистор типа п-р-п 3, входы 4, выходы 5, первую и вторую цганы 6 и 7 питания соответственно. Коллекторы многоколлекторного транзистора 3 соединены с выходами 5 вентиля эмиттер соединен с первой шиной питания 6, база соединена с катодом 1 диода Шоттки и с анодами 2 входного диодов Шоттки, катоды которых соединены со входами 4 вентиля. Анод диода 1Шоттки соединен со второй шиной 7 питания. При интегральной реализации предлагаемого вентиля входные диоды 2Шоттки создаются, например, в р-базе многоколлекторного транзистора или в общей для транзистора 3 п-области, и что является одним из важнык постоянсгв устройства, имеют одинаковую высоту барьера диода 1 Шоттки. Логический вентиль работает следующим образом. При наличии высокого потенциала на всех входах 4 (т.е. при поступлении на них информационных сигналов, соответствующих логическим 1) многоколлёкторный транзистор 3 включен. Напряжение питания Е выбирается таким образом, чтобы с учетом падения напряжения на диоде 1 Шоттки ф в базу втекал бы требуемый (исходя из компромиссных требований к быстродействию и потребляемой мощности) ток П , приводящий к падению напряжения на эмигтерном переходе U V-E-V(J.H . Появление хотя бы на одном из входов 4 низкого потенциала (т.е. при поступле-. НИИ на него информационного сигнала, соответствующего логическому О) увеличивает ГОК через диод 1 Шоттки до ) величины Эд. -р , где 3- нормальный коэффициент усиления п-р-п транзистора в схеме с общим эмиттером, и увеличивает падение напряжения V))2.. Напряжение на эмиттерном переходе уменьшается, теперь станет Vyi -Е-Уф и (при соответствующем выборе тока через многоколлекторный транзистор и напряжения питания) ток через его коллекторы резко уменьшается, транзистор выключается . Таким образом, один рассматриваемый .вентиль реализует функцию И-НЕ. При объединении коллекторов у различных многоколлекгорных транзисторов, т.е. при объединении выходов 5 у различных предлагаемых логических вентилей реализуется функция И-ИЛИ-НЕ. Несмотря на отсутствие шунтирующего диода Шоттки, который в известных вентилях включается для ограничения степени насьпцения переключающего транзистора, параллельно его коллекторному переходу, в предлагаемом вентиле многоколлекгорный транзистор 3 всегда работает в ненасьшхенном режиме. При наличии логического О хотя бы на одном из входов вентиля многоколлекторного транзистор 3 заперт, через него протекает малый ток. При наличии логической 1 на всех входах вентиля многоколлекторного транзистор 3 открыт, но не насьш ен, так как взаимосвязи между входными диодами Шоттки 2 и идентичньп диодом Шоттки 1 обеспечивает в этом состоянии падение напряжения на коллекторе Vк,-E-Vф,,-V при правильном выборе параметров схемы можно обеспечить условие , где А V - напряжение логического перепада (обычно от нескольких десятков мВ до 0,1-0,2 В), VH - напряжение насыщения транзистора при коллекторном токе Эа. Величина насьпцения многоколлекторного транзистора уменьшается с уменыиением величины AV и с уменьшением прямого падения напряжения на диодах Шотггки при одном и том же ток через шя (т.е. с уменьшением высоты потенциального барьера контакта металл полупроводник). Малый логический перепад приводит к дополнительному повышению быстродействия (среднее время переключения очень мало и обычно составляет 0,5-1 не). Предлагаемый логический вентиль мо жет работать от низковольтного источника питания, (не более 1,2 В), просто возможна реализация в интегральном исполнении по стандартной технологии маломощных ТТЛ-схем с диодами Шоттк Логический вентиль может быть использован в качестве базового элемента субнаносекундных ИС. Ф О р м у л а и 3 о б р е Т е н И я Логический вентиль, содержащий токо задакщий элемент, входные диоды Шоттки и многоколлекгорный транзистор типа п-рчп, коллекторы которого соештены с выхохшми вентиля, эмнпгтер соединен с. первой шиной питания, база соединена с анодами входных диодов Шоттки, катоды которых соединены с входами, вентшп, токозадающий элемент включен меж; базой многокоолекгорного транзистора и второй шиной питания, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в качестве токозада щего элемента использован диод Шоттки, катод которого соединен с базой многоколлекторного транзистора, а анод - с второй шиной питания,. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Орлов Б. В., Фурсин Г. И. Элек тронная промышленность , 1977, № 3, с. 54-56, рис. 2-тЗ. 2.Безбородников Б. А., Орлов Б. В., Фурсин Г. И., Шетинин Ю. И. Электронная промышленность , 1978, Ns 3, с. 26, рис. 2 ж (прототип).