Четырехуровневый одноразрядный сумматор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11) ,(51) 06 Е 7 5 ГОС ПО Д ДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ тЮЗИК 9 ЗОБРЕТЕНИЯТЕЛЬСТВУ(71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова(56) 1. Авторское свидетельство СССР М 907543, кл. С 06 Г 7/50, 1980.2. 1 ЕЕЕ ТгапвасСдопз оп оошрц 1 ег, с, 1977, той. 26,12, р. 1239 Г 1 д, 11 с (прототип).(54)(57) ЧЕТЫРЕХУРОВНЕВЫЙ ОДНОРАЗРЯД" НЫЙ СУММАТОР, содержащий восемь и-р-и транзисторов, р-и-р транзистор и многоколлекторный Р-и-Р транзистор, база первого и-р-и транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной шиной первого . слагаемого сумматора, база второго и-р-и транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной шиной второго слагаемого сумматора, вторые коллекторы первого и второго п -р-и транзисторов подключены к базе и первому коллектору р-п-р транзистора, третьи коллекторы первого и второго п -р-и транзисторов подключены к базе третьего п -р- п транзистора и к первому коллектору многоколлекторного р-и-р транзистора, коллектор третьего и -р-и транзистора соединен с базой и первым коллектором четвертого п -р- й транзистора и подключен к второму коллектору много" коллекторного р-п-р транзистора, коллектор пятого н -р- п транзистора сое.динен с базой и первым коллектором шестого ь -р-й транзистора и подключен ,к .третьему коллектору многоколлектор-. ОПИСАНИЕ Н АВТОРСКОМУ СВ ного р-и-р транзистора, вторые коллекторы четвертого и шестого й-р- йтранзисторов подключены к базе и первому коллектору седьмого и-Р-и транзистора, а также к четвертому коллектору многоколлекторного р-и-р транзистора, второй коллектор седьмогоп-р- транзистора соединен с пятымколлектором многоколлекторного р-и-ртранзистора и выходной шиной переноса сумматора, база и первый коллектор восьмого п -р-И транзистора соединены с входной шиной третьего слагаемого сумматора, эмиттеры всехй-р-птранзисторов и база многоколлекторного р-п-р транзистора соединены с шиной нулевого потенциала, Еэмиттер р-и-р транзистора и эмиттермногоколлекторного р-П-р транзисторасоединены с шиной питания сумматора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, Счто, с целью упрощения четырехуровневого одноразрядного сумматора, вто-Ярой коллектор первого и -р-п транзис-,тора соединен с вторым коллекторомвосьмого П -р-п транзистора, третийколлектор первого п -р-п транзисторасоединен с третьим коллектором вось-мого и -р-п транзистора, четвертыеколлекторы первого, второго и восьмого п-р-п транзисторов подключены,к базе пятого и -р-п транзистора, атакже к-шестому коллектору многокол-.лекторного р-и-р транзистора, второй коллектор р-и-Р транзистора соединен с выходной шиной суммы сумматора, а также с третьими, четвертыми, пятыми и шестыми коллекторами фчетвертого и шестого и-р-и транзисторов,Изобретение относится к вычисли-тельной технике и может быть использовано при построении больших интегральных схем обработки информации.Известен одноразрядный сумматорна инжекционных элементах, содержащий пять П -р-И транзисторов, многоколлекторный токозадающий р-и-р транзистор и шесть переинжектирующихр-П-р транзисторов Ц,Недостатком этого сумматора является ограниченность функциональныхвозможностей, выражающаяся в невозможности суммирования четырехуровневых сигналов.Известен также четырехуровневый 15одноразрядный сумматор, содержащийвосемь и -р-П транзисторов, р-П-ртранзистор и многоколлекторный р-и-ртранзистор, база первого О-р-П транзистора соединена с первым коллектором того же транзистора и входной ши.ной первого слагаемого сумматора,база второго и -р- П транзистора соединена с первым коллектором того жетранзистора и входной шиной нторогослагаемого сумматора, вторые коллекторы первого и второго П-р-П транзисторов подключены к базе и первомуколлектору р-и-р транзистора, третьиколлекторы первого и второго П -р-Птранзисторов подключены к базе третьефго П -р- и транзистора и к первому коллектору многоколлекторного р-П -ртранзистора, коллектор третьего и-р-итранзистора соединен с базой и первым коллектором четвертого П -р- итранзистора и подключен к второмуколлектору многоколлекторного р-П-ртранзистора, коллектор пятого П -р-Птранзистора соединен с базой и первым коллектором шестого П -р-П транэистора и подключен к третьему коллектору многоколлекторного р-п-ртранзистора, вторые коллекторы четвертого и шестого и -р-и транзисторовподключены к базе и первому коллектору седьмого П -р-П транзистора, атакже к четвертому коллектору многоколлекторного р-и-ртранзистора, второй коллектор седьмого П -р-и транзистора соединен с пятым коллектороммногоколлекторного р-П-р транзистора50и выходной шиной переноса сумматора,база и первый коллектор восьмогоП-р-Птранэистора соединены с входношиной третьего слагаемого сумматора,эмиттеры всех И -р-и транзисторов ибаза многоколлекторйого р-и-р транзистора соединены с шиной нулевогопотенциала, эмиттер р-и-р транзистора и эмиттер многоколлекторногор-П-р транзистора соединены с шиной питания сумматора. Сумматор содержит также три дополнительных и -р- и транзисторов и дополнительный р-и -р транзистор 12.Недостатком известного четырехуровненого одноразрядного сумматора 65 является сложность конструкции, выражающаяся н большом числе транзисторов,Цель изобретения - упрощение четырехуровневого одноразрядного сумматора.Поставленная цель достигаетсятем, что четырехуронненый одноразрядный сумматор, содержащий носемьП -р-П транэисторон, р-П-р транзистори многоколлекторный р-П-р транзистор,база первого и-р-и транзистора соединена с первым коллектором того жетранзистора и входной шиной первогослагаемого сумматора, база второгои-р-и транзистора соединена с первымколлектором тогоже транзистора ивходной шиной второго слагаемого сумматора, вторые коллекторы первого ивторого и-р-и транзисторов подключенык базе и первому коллектору р-и-ртранзистора, третьи коллекторы первого и второго П-р-П транзисторов под-,ключены к базе третьего О -р-и транзистора и к первому коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора,коллектор третьего П-р-и транзисторасоединен с базой и первым коллекторомчетвертого И -р- П транзистора и подключен к второму коллектору многоколлекторного р-п-р транзистора, коллектор пятого О-р- П транзистора соединен с базой и первым коллекторомшестого П -р-П транзистора и подключен к третьему коллектору многоколлекторного р-П-р транзистора, вторыеколлекторы четвертого и шестого и-р-итранзисторов подключены к базе и первому коллектору седьмого и-р-и транзистора, а также к четвертому коллектору многоколлекторного р-и-р транзистора, второй коллектор седьмогоП-р-П транзистора соединен с пятымколлектором многоколлекторного р-П-ртранзистора и выходной шиной переноса сумматора, база и первый коллектор носьмого П -р-П транзистора соединены с входной шиной третьего слагаемого сумматора, эмиттеры всехП-р-и транзисторой и база многоколлекторного р-П-р транзистора соединены с шиной нулевого потенциала,эмиттер р-П-р транзистора и эмиттермногоколлекторного р-и-р транзистора соединены с шиной питания сумматора, второй коллектор первого и -р- птранзистора соединен с вторым коллек.тором восьмого П -р-П транзистора,третий коллектор первого П -р-и транзистора соединен с третьим коллектором восьмого П-р-П транзистора, четвертые коллекторы первого, второгои восьмого П -р-И транзисторов подключены к базе пятого и -р- и транзистора,а также к шестому коллектору многоколлекторногор-П-р транзистора, вто.рой коллектор р-и-р транзистора, соединен с выходной шиной суммы суммато; РР,ф Р В рассматриваемом случае К =4,поэтому записанные выражения приобре 15 тают вид: б = К,+ Х 2 ф Х -4 РР И гдеР=Рф Р ра, а также с третьими, четвертыми, Пятыми и шестыми, коллекторами четвер-, того и шестого И -Ртранзисторов.На чертеже приведена принципиальная схема четырехуровневого одноразрядного сумматора.5Четырехуровневый комбинационный сумматор содержит первый, второй и третий и-р-п транзисторы 1 - 3, выполняющие функцию суммирования входных переменных Х, Х 2, Х (Е), токо вый повторитель на р-п-р транзисторе 4, пятый и шестой л-р- л транзисторы 5 и б выполняют функцию пороговых детекторов, пороги задаются токозадающим р-ч-р транзистором 7, о-р-И транзисторы 8 и 9 выполняют функцию умножителей входного тока и функцию. сумматоров, которые формируют замечание выходных функций суммы и переноса, л -р-и транзистор 10 формирует вытекающий выходной ток функции переноса. Входные втекающие четырехуровневые сигналы Х Х Х1 ф 2 3 (величины токов в относительных единицах могут принимать значения 25 О, 1, 2, 3) подаются, соответственно, на базы и первые коллекторы транзисторов 1 - 3),Функционирование устройства может быть описано аналитически на основе базиса с +р (ар Ор 1 р К 11 где +, - , - арифметические операции сложения, вычитания и умножения соответственно,.й - операция многозначного обоб-З 5 щения конъюнкции, О, 1 К- константы, К - значность логики, Х.+ Х+ Х приск; с 4 - Х+ Х 2+ Хпри 4 Ех с 8Х+ Х 2+ Х-4 при 1: х;38Таким образом 0 с 5 с 3, т,е. яв- ляется четырехуровневым сигналом.Сигнал переноса принимает значе ния451 20 при р=р 0 р= 1 при р =1 р =02 при Р, =Р 2=1 т.е. является трехуровневым сигналом.В диапазоне значений входных сигналов формируемый на выходе устройства код определяется следующим образом. При Х 1=Х 2=Х =О, Р=О, Я=О и, следовательно, выходной код 0,0. При Х=Х 2=Х 3=3 имеем:55из выражения (2) р, =934-93=1 из выражения (3) р =98-97=1 из выражения (1) 8=9-4-4=1 из выражения 4) р=1+1=2, т.е. на выходе формируется код 60 21(4=9(юТаким образом, при Х= Х 1=Х 3-"О входные токи транзисторов 1-3 равны нулю, Транзисторы 1 - 3 закрыты. Сле довательно, входные токи транзисто- б 5 4Закон функционирования устройства описывается в этом базисе следующими выражениями: для суммы5 =Х,6 ХЮХ = К,ф Х,+ ХЗ-КР,-КРг где р=(х,+ х+хз) В 4-(х,+х х )ВЗ,р 1-(Х 14 Х+Хз) ВВ -(Х,ф Х+Х) 577 (Ъ) Поскольку Хпринимают значения из множества 0, 1, 2, 3, то эначение суммы входных сигналов может находиться в интервале от 0 до 9. Сигналы Р и Р 2 принимают значенияО, если Е х; с 4 Р1 1, еслих; 4, 1 з О, если с хс 8 Р 2з 1, если ЕХ;) 81Сигнал суммы принимает значения(т.е. при р =р =1).2ров 4 - б соответственно равны О, 3,5, 7, 5 единиц. Коллекторный токтранзистора 4 (токового повторителя)равен нулю. Транзисторы 5 и б переходят в состояние насыщения, отбираявходные токи транзисторов 8 и 9, коллекторные токи которых равны нулю,поэтому выходной сигнал суммы равеннулю, а входной ток транзистора 10не отбирается коллекторами транзисторов 8 и 9. Входной токтранзистора 10 равен двум единицам, но коллекторный ток также равен двум единицам, а выходной сигнал переноса равен О,Если входные токи транзисторов1 - 3 допустим равны трем единицам,то коллекторные токи транзисторов1 - 3 также равны трем единицам. Объединенные коллекторы транзисторов1 - 3 отбирают ток равный девяти единицам, В этом случае транзисторы 5и б закрыты, а коллекторный ток транзистора 4 равен девяти единицам,Тираж 699 Подпиударственного комитета СССРизобретений и открытийсква, Ж, Раушская наб., д. 599/31 ВНИИПИ Го по дела 113035, МЗаказ 5 лиал,.ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проек 4 Так как транзисторы 5 и 6 закрыты, то входные токи транзисторов 8 и 9 равны единице. Поэтому через коллекторы транзисторов 8 и 9, объединен-ные с базой транзистора 10, отбирает ся ток равный двум единицам, следовательно, входной и коллекторный токи транзистора 10 равны нулю, а выходной ток переноса равен двум единицам. Так как площади коллекторов транзисторов 8 и 9, объединенных с 1 О выходной шиной суммы, в четыре раза больше площади коллекторов, соединенных с их базами, то через эти коллекторы отбираются токи в четыре раза больше, чем их выходные токи. Поэтому из коллекторного тока транзистора 4, равного девяти единицам, отбирается ток равный восьми единицам.Следовательно, выходной сигнал суммы равен единице: 8=1, р=2,Таким образом, за счет введения новых связей удаления более чем на треть сокращается число используемых в сумматоре транзисторов по сравнению с прототипом. Это приводит, в свою очередь, к повышению технологичности и уменьшению площади, занимаемой сумматором на кристалле.