Криотронный логический элемент или

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 03 К 19/195 ИЗОБР САН ТЕЛ ЬСТВ ии иненков 1 Е СХЕ- ва на связь,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 248766, кл. Н 03 К 19/195, 1969,Алфеев В.Н., Бахтин П.АВасА.А., Войтович И.Д. и др. Интегральньмы и микроэлектронные устройстсверхпроводниках. - М,: Радио и1985. с. 136.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании цифровых устройств обработки данных в интегральном исполнении.Известен криотронный логический элемент НЕ-ИЛИ, содержащий две ветви, обра- ЗУЮ 1 ЦИЕ СВЕРхпроводящий контур. Первая ветеь содержит последовательно включенные входные криотроны, вторая - последовательно включенные выходной и установочный криатроны, При наличии сигнала на входе Одного из криатранов первой еетеи ток, проходящий в ней, переключается ва вторую ветвь и обуслаллиаает формирование выходного сигнала логического элемента.Недостатками устройства являются трудности, связанные с сагла:ованием таких лементов между собой, же-.ткие требования на парамЕтры кри )транса каскадно включейнйх злеантон, низкий к-.э 1 фициентусиления по таку. чта ззтрудняег реализацию вычислительны х ) сра 1 ста в интегральном исполнении.(54) КРИОТРОННЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ИЛИ157) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании цифровых устройств обработки данных в интегральном исполнении, Цель изобретения - упрощение и снижение требований к параметрам криотрона. Криотронный логический элемент ИЛИ содержит входные шины, выходные шины, шины питания 7 и 8, четыре трансформатора, пять контуров. Цель достигается за счет новой совокупности связей. 1 з,п.ф-лы, 5 ил,Наиболее близким к предлагаемому является криатронный логический элемент ИЛИ, содержащий (фиг. 1) входные шины 1, 2 и 3, 4, выходные шины 5, 6 и шины 7, 8 питания. четыре трансформатора 9-12, пять контуров 113-17, причем первичные обмотки трансформаторов 10 и 11 соединены последасательна и подключены к шинам питания, вторичные обмотки этих трансформаторов входят в контуры 14 и 16. Обмотки трансформаторов 9 и 12 входят в контуры 13, ,5 и . 17 (пааядак включения обмоток а контуры показан на фиг. 1). Появление тока вс входных шинах 1,2 либо 3;4 посредствам индуктивной связи контуров 13 и 17 с контурам 15 через трансфаоматары 9 и 12 изменяет тах а контуре 6. Это обусловливает пеоераспределен е таха в ветвях контуров "5, 16 и формирование выыхадного перепада ток;-. в шилх ь, в.К не;,остаткам логического элемента СЛЕдуЕт атнват: бОЛЬШуЮ аП;1 аратурнУЮ 11:3- бы точность 1 д я реализациинк 11 ч 1 ат дв"псс" "1 ных еуды" 4 г, " фь3 . , 17535904параметров криотронов,нйзкий кбЭФФици- Топологические варианты интегральвнт усиления по току, большая площадь в ной реализации логического элемента(фиг.интегральном исполнении : 4 и 5) содержат шину 53 питания, фрагментЦель изобретения - упрощение устрой которой выполнен в первом слое коммуства и снижение требований к параметрам 5 тации, замкнутый контур 55, содержащийкриотронов, .;:управляемый криотронный элемент 56, упУказанная цель достигается тем что в равляющие шины 57 и 58, выходной контуркриотронном логическом элементе ИЛИ, со- . 59, выходные шины 60 и 61, индуктивно свядержащемвходныеивыходныешины"иши-занные фрагменты соедйнительных шин. ны питания, три трансформатора, 10 первого и второго уровней (трансформатопервичные обмотки первого и второго ры) 62 - 64, контактныеокна междусоедитрансформаторов соединены последова- нениями первого и второго слоевтельно и подключены к шинам питания; а коммутации 65,соединение второго слоя 66.также криотрон. первый вывод которого со- Элемент работает следующим образом.единен с первым выводом вторичной обмот На шины 24-25 питания подаются имки первого трансформатора, первичнаяпульсы 39-42 тока (фиг. 2 и 3). В том случае,обмотка третьего трансфорл 1 атора соедйне- когда в управляющих шинах 31 и 32 отсутстна последовательно со вторичной обмоткой вует входной токвх в контуре 29 черезвторого трансформатора и свыходными ши- . трансформатор 26 наводится ток 41, катонами, вторичная обмотка третьего транс рый протекает через криотрон 30, находяформатора соединена со вторым выводом щийся в сверхпроводящем состояниикриотрона и со вторым выводом вторичной (импульс 46 тока, ф, 3). Этока, фиг, ). тот ток, протекаяобмотки первого трансформатора, первич- через обмотку 38 трансформатора 28 навоные обмотки первого и второго трансформа- дит ток в выходном контуре. Одновременноторов соединены встречно, а криотрон 25 ток питания, проходя через обмотку 34.выполнен в виде магнитнО-управляемого трансформатора 27, также наводитток в выввнтиля с двумя шинами управления, кото- ходном контуре. Направление этого токарые являются входными шинами логическо- противоположно направлению тока, создаваемого обмоткой 35 трансформатора 28,С целью увеличения коэффициента уси Такое взаимное направление токов достигаления по току первый и третий трансформа- ется соответствующим включением первичторы выполняются таким образом, что их ных и вторичных обмоток трансформаторовкоэффициенты трансформации удовлетво- (фиг. 2, начало обмоток отмечено точками).ряют соотношению, , В результате на выходах 22 и 23 элементайпз = К к1, 35 отсутствует выходной сигнал (фиг, 3 1 оых =где п 1 и лз- соответственно коэффицйенты =О). В том случае, когда в одной из управлятрансформации первого и третьего т 1 эанс- ющих шин криотрона 30 появляется входф р р в, " . ной ток 4 х, криотрон 30 переходит изформато ов,. Йа фиг, 1 показана схема криотронного сверхпроводящего состояния в закрытое.логического элемента ИЛИ; на фиг, 2 - схе После появления импульса 40 тока питаредлагаемого криогенного логического в цепи 24-25 в контуре 29 ток к 1 =О. Позтока питанияр элемента; на фиг. 4 и 5 - варианты 50 (фиг, 3) с помощью трансфэлемента; на фиг, 3 - временная диаграмма тому е выходном контуре наводитс2,, что формирование выходноическои реализации элемента в ин- -Очевидно, что формиртеграль с олненьи". -, -.:.".45 го сигнала обусловлено наличием входногоКриотронный логйческий элемент ИЛИ тока хотя бы в оной из дваэтому логический элементсодержитвходные шины 1 - 4, выходныеши-": . шин 31 и 32. Поэтому лоны 5 и 6, шины 7 и 8 питания, трансформа- выполняет функцию ИЛИ по 31. 32.- р - ,замкнутые контуры 13-17. Логический элемент выпал.фр д емыи элел 1 нт содержит входные 50 цию 11 ЛИ только в момент прохокдения им.шины 1 - , выходные шины 22 и 23, шины пульса тока питания - сигнаЛы 43 и 44 ( риг,и питайия,.три трансформатора 2 б; 3), Б том случае, когда в. о" н"ко да ходнОп сигнал появконтур с криотроном 30, упрэгляющие ляется раньше;щпульса питания(сигнал 45,шины 31 и 3 криотрона, пе впчны б 1 - . "), " тр р, о . облот-фиг. а), логический элемент осуществляетки трансфсрл 1 атораа 33-35, вторичные об фарлн 1 рование длительности выходногомотки трзнсфорл;атаров 36-38сигнала 52.р;,лэгаел 1 йъ логический элемент ил 1-.- На временной диаграмме (фиг, 3) обоз- Пре-лэгаел 1:на е"О": М"М Ътока питания, ",.,эд- . ет пр:етую топологическ ю рульсы-5 тока, импульсй 0-52 (4 г, . В ивгегрвльнол 1 исп"л: . -.г.- форл 1;.з-,о"ы 26-28 дРэлизуются в вйде рэс, л,"Фположенных друг над другом в разных слояхкоммутации соединительных шин - соответственно области 62, 64 и 63; Шина 53 пита -- ния имеет фрагменты в двух слояхкоммутации - первом 54 и во втором 62. 5Переход со слоя на слой осуществляется спомощью контактных окон 65. Фрагментышины питания в местах 62 и 64 образуютиндуктивную связь с соедийениями 55 и 59,т.е. выполняют функцию первичных обмоток трансФорматоров 26 и 27, Замкнутыйконтур 29 образован с помощью соединения 55, соединенного с криотроном 56 иимеющего индуктивную связь с вьхаднымконтуром 59 в области 63, Выходами элемента являЮтся шины 60 и 61, входаули 57 и58, располокенные ва втором слое колмутации, Такое расположение этих шин упрощает процесс коммутации таких логическихэлементов между собой в совместном исполнении в едином технологическом цикле;Увелйчение коэффициента усиления потоку в предлокеннам элементе осуществляетсяза счет использования первого и третьего трансФорматоров с коэффициентом 25пеоедачи соответственно и = пз = К где К )1, При этом в М раз уменьшается ток кцйркулирующий в контуре 29 при отсутствии входных сигналов. Поэтому в 1 раз может быть уменьшен входной ток вх, 30переводящий криатрон 30 иэ сверхпроводящего состояния в закрытое.Таким образом, использование первогои третьего трансформаторов с укаэаннымикоэффициентами передачи позволяет в35раз увеличить коэффициент усиления по току,. Топологическая реализация логического элемента при К = 2 показана ка фиг, 5, Вэтом случае замкнутый контур 29 выполнен 40а виде контура из двух витков, связанныхиндуктйвно с шиной питания 53 в области62.и выходным контуоом 5 д в области 63. Вконтуре используется соединение 66 ва вгором слое ковлутац . Криатран 56 характеризуется в данном,случаев,.вэ раза болеенизким значением критического такаи, соответственно, в два раза ба 7 ее низкими значениями вхбдйОгО тока,.: .,:Предельное 3.ачение коэффициента 50определяется техка 1 агичдски ю вазможнэСтЯМИ ИЗГатаВЛЕКЛ ТРаНСфаРматаРаВС)ТРЕбуемым отка:.е 1 т 1 ем в 1 ткаа, О.1 ычнопредельное значениедостигает 10-20, Величина к может прцкимать нецелые значе ния. например, М = 1,5 в случае неполного перекоыть соединений в первом и втором слоях металлизации при интегральном исполнении прибора.По сравнению с известным предлагаемый логический элемект характеризуется использованием только одного управляемоьго криотрона, меньшим числом других элементов. Злемект допускает непосредственное каскадирование, имеет электрически независимые входы и вьходы. Высокий коэФфициент усиления по току дает возможность снизить требования к разбросу параметров криотронов разных логических элементов при их изготовлении в едином технологическом цикле. Достоинством элемента является также то, что отсутствует необходимость согласования параметров криотроков внутри отдельно взятого логического элемекта ввиду того, что такой криотрон только один.Ф о рмула изобретения 1., Криатронный логический элемент ИЛИ, содержащий входные и выходные шины и шины трения, три трансформатора, первичные обмотки первого и второго трансформаторов соединены последовательно и подключены к шинам питания, а также криатран, первый вывод которого соединен с первым выводом вторичной обмотки первого трансформатора. о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения устройства и снижения требований к параметрам криотрона, первичная обмотка третьего трансформатора соединена последовательно с вторичной обмоткой второго трансформатора и с выходными шинами, вторичная обмотка третьего трансформатора соединена с вторым вывода;. крйотрона и с вторым выводам вторичной обмотки первого трансформатора, первичные обмотки первого и второго трансформаторов соединены встречна, а криатрок вьполкен в виде магн,тно-управляемого вентиля с двумя шинами управления, которые являются входными шиками логического элемента,2. Лаг 11 чесою элемент ИЛИ по и, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем. чта. с целью увеличения коэффцйента усленя по току, первый и третий трэксфарматарь выпал,;ы такиь 1 и, что их коэффициент транса:,":ации соответственно иЙ пз удовлетворяот саатнаш ниап,=.пз=кгде)1753590 Жг.4 сСоставитель Н. Дубровская , Бланар Техред ММоргентал ктор А. Воровыч КНТ СС Производственно-издзтельский кс;10 нат "Пд гент". г. Ужгород, ул.Гагарина. 1 Редактор Заказ 27 5 : ТиражПИ Государствейного когиите133035, Ыоскна Подписноеа по"изабретенили и открыть