Быстродействующий микромощный логический элемент и-илии или-не

/02 0 Гос Со рстаеннмй комитета Министроа СССРелаи изобретенийн открытий(71) Заявител ковский физико-технический институт 54) БЫСТРОДЕЙСТВУЮ ЭЛЕМЕНТ И льной, нижения ения Изобретение относится к устройствамимпульсной и цифровой техники, в частности к логическим алементам (ЛЭ) ЭВМ,Широко известен быстродействующийлогический элемент, реализующий алементарную логическую функцию ИЛИ/ИЛИ-НЕ,содержащий связанные по амиттерамвходные и опорный транзисторы 11. Однако из-за большой величины мощностипотребления известный ЛЭ не может быть 1 о1использован в интегральных схемах высокой степени интеграции,Имеется ряд схемотехнических решений, с помощью которых возможно умньшение потребляемой мощности и уведичение быстродействия на реализацию одной логической функции, в частности известен логический элемент, содержащийпараллельно включенные переключателитока с Объединением коллекторов опорных транзисторов ддя реализации логической функции И-ИЛИ 2. Однако отсутствие дополнительной логической функцииИ-ИЛИ-НЕ и значительная ведичина мощности потребления для стандартных ло Й МИКРОМОЩНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ И-ИЛИ-НЕ гических перепадов (0,81 В) не позволяют использовать это схемотехническоерешение при разработке сложных большихинтегральных схем (БИС),С целью реализации дополнителогической функции И-ИЛИ-НЕ, спотребляемой мощности и увеличбыстродействия на алементарную логическую функцию, малокомпонентности для интегрального исполнения в быстродействующий микромощный логический элемент, содержащий логическую ступень, реализующую функцию И-ИЛИ, выполненную на переключателях тока, коллекторы которыхобъединены, и источник опорного напряжения, введены вторая логическая ступень,выполненная на переключателе тока, и,многоэмиттерный опорный транзистор.Коллекторы входных транзисторов первойлогической ступени соединены с обшейшиной, эмиттеры - с соответствующимиамиттерами опорного многоамиттерного транзистора, коллектор которого соединен с базой входного транзистора пьреключателя тока второй логической сту5 10 15 20 Д 30 35 40 45 50 пени и через резистор соединен с общей шиной, а база соединена с базой опорно го транзистора второй логической ступени и источником смещения. Кроме того, параллельно коллекторному резистору опорного многоэмиттерного транзистора может быть включен диод Шоттки.На чертеже приведена схема быстродействующего микромощного логического элемента. И-ИЛИ/И-ИЛИ-НЕ.Первая ступень, реализующая с помощь схемотехнического приема обьединения коллекторов в логическую функцию ИИЛИ, : состоит из М переключателей тока совходными транзисторами 1 И, 1 ,14 к;1, 1, . 1, и опорного многоэмиттерного транзистора 2, причем каждая серий транзисторов на и входов соединена своими эмиттерами с соответствующим эмиттером транзистора 2, Резистор 3 в коллекторной цепи транзистора 2 может быть зашунтирован диодом 4 Шоттки для цредотврвщения режима насыщения при большом числе М, Вторая ступень, необходимая для реализации йогической функции И-ИЛИ-НЕ, имеет переключатель тока на двух транзисторах 8 и 6, на фазу опорного транзистора 8, связанную с базой транзистора 2 первой ступени, подает ся опорнсе напряжение источника 7, а база транзистора 6 подключена к коплектсьру транзистора 2, В коллекторную цепь транзистора 6 включен нагрузочньй резистор 8, а коллектор транзистора 8-заземлен, Для некоторых применений ЛЗ целесообразнее использовать в коллекторной цепи транзистора 8 нвгруэочный резистор.Для анализа работы ЛЭ используется отрицательная логика, когда за логический О" принимается положительное напряжение, а зв логическую "1" - отрицательное.В исходном состоянии на все входы подаются коды логического "0. При этом все входные транзисторы 11111, 1 щ, 1, ,1, -открыты. На выходе 9- положительное напряжение или логический "0. Положительное напряжение передается с коллектора транзистора 2 нв базу транзистора 6, транзистор 6 открывается, в транзистор 8 закрывается, На выходе 10, - отрицательное напряжение или логическая "1", При подаче на все входы кодов логической 1 все входные транзисторывкрыты, транзистор 2 открыт, навыходе 9- отрицательное напряжение или ллогическая "1". Транзистор 6 второй ступени-авкрыт, нв выходе 10- положительное напряжение, соответствующее логическому "0". В зависимости от кодов, поступающих на входы эмиттерных повторителей первой ступени,на кол" лекторе транзистора 2 (выходе 9) выполняется логическая функция И-ИЛИ (А ххА, ) + (А х хА, ), а на коллекторе входного транзистора второй ступени 6 (выходе 10) выполняется логическая И 4 ПН НЕ Г Гй Г111А сА 1 ицВ случае, когда нет необходимости в доцаалогической операции инверсии, первая ступень, отмеченная ив чертеже пунктиром, представляет законченноефункциональное устройство, реализующее логическую функцию И-ИЛИ при малых величинах времени задержки и потребляемой мощности нв выполнение элементарной логической функции.Использование шунтирующего коллекторный резистор диода Шоттки предохраняющего от насьицения транзистора 2, и потери быстродействия ЛЭ можно избежать, ограничивая число серий входных эмиттерных повторителей до трех. Использование на входе эмиттерных повторителей, характеризующихся малой входной емкостью, аозволяет значительно увеличить быстродействие логического элемента при большом коэффициенте разветвления, Заземление коллектора транзистора 8 также приводит к увеличению 1 быстродействия ЛЗ.Напряжение питания логического элемента может быть снижено до 1,2 В, беэ снижения в надежности функционирования за счет того, что между шинами питании и общей шиной имеется только один прямосмещенный р- Ю переход.По этой причине можно значительно уменьшить потребляемую мощность (одновременно уменьшая рабочие токи в первой и второй ступенях).Описываемый ЛЭ является достаточно р 4 алокомпонентным и вследствие ис полнэования технологических МЭТ и входных транзисторов с общим коллектором, соединенных с общей шиной, занимает малую площадь в кристалле, ,обеспечивая достаточно высокую степень интеграции и субснстеме БИС.формула изобретения1. Быстродействующий микромощиыйлогический элемент И-ИЛИ/И-ИЛИ НЕ, содержащий логическую ступень, реализующую функцию И-ИЛИ, выполненную нв переключателях тока, коллекторы которых