285051

Союз Советских АНИЕ 2850 Я окиолистических ИЗОБРЕТЕН ИЯ Республик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ сльства М -Зависимое о вт сви(л. 21 а, 36/18 21: 37/6-1 Заявлено 05.7,1969 ( 327855/18 и р и сося и н е и ц см з а я в к К ом и тет п о дел По:.орцтстМПК б 1 с 19/00 ДК 621,374.32 ( зобретении и открытийпри Совете МинистровСССР публлкозз з 29.Х,1970. Бюллетень ЛЪ 33ата опубллковання списания 29.1.1971 Автоолзобрстен; агу скии нститут электроники АН Дати вычислительной техниийской ССР зязцтел ОДНОТАК РЕГИСТР СДВИГА Предлагаемый быстродсй:твую ций однотактный регистр сдвига на основе туннельных диодов ТД) н транзисторов может быть использован в высокоскоростных вычислительных устройствах, например, для преооразования кодируемой информации из последовательной формы в параллельную и наоборот.Известны регистры сдвигасодержащие триггерную ячейку на ТД и транзисторе с емкостными развязками, включенном с общим эмиттером, или содержащие триггер на ТД и транзисторе с емкостными развязками, включенном с общим коллектором. Промежуточное запоминание состояния предыдущего каскада, необходимое при однотактном режиме работы регистра, осуществляется в них на емкости илц на индуктивности. Для,всех этих устройств характерно ограниченное быстродействие и. отчосительно малая допусковая надежность. Принцц 1 тцально возможно также построение быстродействующих репистров .из комбинированных схем на основе ТД и диодов с накоплением заряда с многофазным тактированием, Следует, однако, учесть ряд противоречивых требований для импульсов многофазного тактирова. ния. Кроме тото, сложность подобных схем, крзттичность к разбросу параметров компонентов и импульсов, сложность и нетехнологичность при изготовлении сводят на нет преимушества высокого быстродействия при исполь. зовациц их для практического построения многоразрядных устройств.Цель предлагаемого изобретения заключается в повышении быстродействия и допусковой 5 надежности, необходимых при построении та.ких устройств.В предлагаемом регистре сдвига повышениебыстродействия достигается использованием быстродействующих промежуточных за помина.1 О ющих элементов, управляемых быстродейству.ощей диодно-резистивной схемой. В качестве последних употреблены диоды с накоплением заряда в сочетании с пороговыми элементазт на ТД и транзисторах. Быстродействующе 15 запоминание осуществляется одновременнонеобходимыми для однотактного режима рабо ты регистра сдвига логическими функццямц Надежность реализации этих функций обеспе чивается, во-первых, типом используемых про 2 О межуточных запоминающих элементов; во-вторых, - способом управления этими элемента ми с помощью биполярной диодно-резистив ноц схемы.Схема одной из цдентичных ячеек регистр;25 сдвига приведена на чертеже. Основным запоминающим элементом является триггер с ко довыми входами на ТД 1. Резистор 2 обеспечи вает двухстабильный режим работы ТД. Трап зистор 8 осуществляет установку триггера н;3 О нуль, Он включен по схеме с общей базой, чт5 10 15 20 25 ЗО Зй 40 45 50 55 бО 65 ооеспечивает малые задержки при установке нуля. Установка единицы осуществляется через диод 4, причем возможно, использование и обращенного арсенид-галлиевого диода. Биполярная диодно-резистивная схема, содержащая диоды 5, 6, с накоплением заряда, диод 7, резисторы 8, 9, 10, управляется транзистором считывания 11.Диоды 5,и 6 соединены с тактовыми шинами 12, 13 отрицательных и положительных импульсов, постчпающих по шинам одновременно, Тактирование должно производиться от источников с малым внутренним сопротивлением импульсами с коротким передним фронтомК катоду диода 5 и к аноду диода 6 подключены соответственно пороговые элементы отрицательной и положительной полярности на р-гг-р транзисторе 14 и ТД 15 и и-р-и транзисторе 16 и ТД 17. Выходы эг 1 их пороговых элементов подключены к соответствующим ко довым входам триггера последующей ячейкирФгйтрЪ;Мфри., маломуровне напряжения на ТД 1(хранение нулевого состояния) ток от источнп.ка положительного напряжения + У протекает через резисторы 9, 10, диоды 7, 6, транзистор 11, который омещен в активную область работы. Последнее обеспечивает малое искажение передаваемых фронтов, малую их задержку, хорошую нагрузочную способность по тютенциальному выходу тра,нзистора 11 и сохранение абсолютной величины пеуепада напряжения на ТД.1. Благодаря тому, что в точке 18 положительное напряжение равно падению напряженпя,на эмиттерно-базовом переходе транзистора 11, диод 5 заперт, и цепь с ним и резистором 8 обесточена. Положительное напряжение в точке 19, равное суммарному падению напряжения на диоде 7 и эмиттерно-базовом переходе транзистора 11, стабилнзировано благодаря нелинейности последних.Это обеспечивает постоянство протекаемого тока через, резистор 9 и диод 6 при значительных отклонениях напряжения +У от номинального. Падением напряжения на диоде 6 транзистор 16 смещается в активную область и эмиттерным током, который меньше пикового тока ТД 17, смещает последний.При этом устанавливается статический порог срабатывания. Напряжение,на выходе 20 остается практически неизменным, равным напряжению на туннельной ветви ТД 1, При достаточно крутой ветви диода:б,напряженио, на нем дополнительно стабилизируется и ток смещения ТД 17 .:практически остается постоянным, За время протекания прямого тока через диод 6 в базе его накапливается заряд неосновных носителей. При приходе тактовых импульсов по,шинам 12, 18 положительнын импульс рассасывает накопленный в базе диода 6 зарядвызывая срабатывание подготов.ленного порогового элемента на транзисторе 16 и ТД 17. В результате на выходе 20 появ,ляется с небодыдой задерикой (1 - 1,5 нсек.) положительный импульс, устанавливающий триггер последующей ячейки в нуль. Отрицательный импульс не проходит через запертый диод 5, возможна лишь помеха из-за собственной емкости диода. Она очень мала и не может вызвать срабатывание неподготовленного порогового элемента на транзисторе 14 и ТД 15.Г 1 ри большом уровне отрицательного напряжения на ТД 1 (хранение единичного состояния) напряжение в точке 18 отрицательно; через резисторы 10, 8, диоды 7, 5, транзнстор 11 протекает ток, В точке 19 напряжение равно разности напряжения в точке 18 и паде,ния напряжения на диоде 7, Оно выбрано небольшим отрицательным соответствующим выбором характеристики диода 7. Поэтому ток через резистор 9 и диод 6 не протекает, Все сказанное ранее о диоде б и пороговом элементе на транзисторе 16 и ТД 17 справедливо в данном случае для диода 5 и порогового элемента на транзисторе 14 и ТД 15.и наоборот. При приходе тактовых импульсов на выходе 21 появляется с небольшой задержкой(1 - 1,5 нсек.) отрицательный импульс, уста,навливающий триггер последующей яченки в единицу.Предположим теперь, что происходит смена состояний ТД 1. При хранении единицы в г-й ячейке необходимо, чтобы в момент смены состояний ТД 1 на выходе 21 появлялся отрицательный импульс, а на выходе 20 отсутствовал положительный. И наоборот - при хранении нуля в п-й ячейке необходимо, чтобы при смене состояний ТД 1 на выходе 21 отсутствовал отрицательный импульс, а на выходе 20 появлялся положительный, В точках 18 и 19 биполярной диодно-резистивной схемы смена состояний ТД 1 вызывает смену уровней напряжения по знаку с практически пренебрежимой задержкойвносимой транзистором 11 и паразитными емкостными нагрузками в этих точках. При этом через резисторы 8 и 9 осуществляется попеременное управление диодами 5 и 6 с накоплением заряда, а также пороговыми элементами на ТД 15, ТД 17 и транзисторах 14, 16, На выходе одного из этих пороговых элементов импульс появляется в зависимости от того, протекал или нет ток до момента смены состояний через диод, подготавливающий дан. ный пороговый элемент. То есть, благодаря эффекту накопления заряда,в базах диодов 5 и 6 и эффекту подготовки пороговых элементов осуществляется промежуточное запоминание предыдущего состояния ТД 1, Одновременно реализуются, необходимые логические функции совпадения и запрета для соответствующих тактовых импульсов, Применение диодов с на. коплением заряда повышает надежность реализации логичеоких функций совпадения по сравнению с обычными диодами и быстродействие регистра. Величина, накопленного заряда в диодах 56 экспоненциально зависит от длительности протекания прямого тока и существенна при длительности более 5 - 10 нсек что соответствует максимальной частоте переключений 100 - 200 иггг(. Применение быстродейст.,вующей биполярной диодно-резистивной схемы обеспечивает надежное управление диодами с накоплением заряда, обусловленное быстродействующей и практически неискаженной передачей управляющих фронтов, Это особенно важно при высоких частотах смены состояний ТД 1, Пороговые элементы на ТД 15, ТД 17 и транзисторах 14, 16 усиливают по мощности полезный сигнал, образующийся при рассасывании накопленного заряда в базе диода 5 или 6, Это обусловливает, надежное переключение тритгерного туннельного диода, большую крутизну фронюв яереислючений и, в конечном счете, повышение,быстродействия. Кроме того, пороговые элементы осуществляют дискрими- нацию сигнала помехи, образующейся в момент смены состояний ТД 1, по тому из диодов 5 или 6, через который не протекал ток и не накапливался заряд. Величина помехи мо. жет быть определена из анализа схемы токовых переключателей и зависит от перекрытия потенциальных уровней в точках 18 и 19,и со. ответствующих тактовых импульсов. Выбором порога срабатывания пороговых элементов можно добиться:полной некритичности их к сигналу помехи. Задержка полезного сигнала пороговыми элементами мала, так как сопротивление диодов с накоплением заряда в момент рассасывания неосновных носителей очень мало для тактового импульса, который перекрывает с большим превышением порог срабатывания подготовленного порогового элемента, Таким образом, благодаря применению диодов е накоплением заряда и пороговых элементов обеспечивается быстродействие и некритичность к длительности тактовых импульсов,в широких пределах за счет их дискрими.национных свойств,Применение установки,нуля на кодовом входе транзистора д позволяет целесообразно использовать вносимую им задержку для улучшения согласования задержек в ячейке регист,ра. При установке в нулевое состояние ТД 1положительный уровень напряжения в точке 19 появляется с задержкой, вносимой транзистором д. Этоувеличивает надежность реализации логической функции диодом 6,п пороговым 10 элементом на ТД 17 и транзисторе 16 при,неблагоприятном фазовом сдвиге между тактовыми отрицательными и положительными импульсами. Тем самым обеспечивается частичная некритичность к фазовому сдвигу между 15 тактовыми импульсами, который может возникнуть за счет паразитных реактивных элементов шин при высоких частотах тактирован,ия. 20 Предмет изобретения Однотактный регистр сдвига, содержащий вкаждом, каскаде триггер с кодовыми входами на туннельном диоде, транзистор сброса и 25 транзисторный усилитель считывания, отлицаюиийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, в нем к выходу усилителя считывания предшествующего .каскада подключены потенциальные входы двух бипо лярных диодно-резистивных вентилей на диодах с,накоплением, заряда, ,выходы которых через пороговые устройства на туннельных диодах, включенных в эмпттерные цепи транзисторов разного типа проводимости, подключе ны к соответствующим кодовым входам триггера последующего каскада.