Регистр сдвига для буферного запоминающего устройства

,ЯО,4 С 11 С 19/28 ИЙ АНИЕ ИЗОБРЕТ ЕТЕПЬСТВУ К АВТОРСКОМУ Мороз-Подвор".А.Сергеев входу второго согла эле СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(56) Авторское свидетельство СССР У 974411, кл. С 11 С 19/00, 1980.Микроэлектроника, 1982, т.11, вып.5, с.434, рис.3.(54)(57) РЕГИСТР СДВИГА ДЛЯ БУФЕРНОГО ЗАПОМИНАКМЦЕГО УСТРОЙСТВА, содержащий в каждом разряде триггер, выполненный на первом и втором двухколлекторных и-р-и-транзисторах с перекрестными связями по первым коллекторам, нагрузочный двухколлекторный р-п-р-транзистор,база которого соединен с эмиттерами и-р-и-транзисторов триггера и шиной нулевого потенциала, первый и второй коллекторы нагрузочного двухколлекторного транзистора соединены соответственно с базой первого и второго п-р"и-транзисторов триггера, усилительный элемент, выход которого является выходом соответствующего разряда, эмиттер нагрузочного двухколлекторного транзисто" ра подключен к шине постоянного питания, йервый и второй согласующие элементы, вход одного из которых подключен к шине "Запись", а выход другого является первым выходом регистра, третий и четвертый согласующие элементы, вход одного из которых подключен к шине "Считывание", а выход другого является вторым выходом регистра, шины постоянного импуль го питания, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью упрощения регистра сдвига, каждый разряд его содержит первый ключевой элемент на р-п-р"транзисторе и второй ключевой элементна трехколлекторном и-р-и"транзисторе, причем в каждом разряде кроме первого, база трехколлекторного и-р-итранзистора второго ключевого элемента соединена с вторым коллекторомпервого и-р-п-транзистора триггера,коллектором р-п-р-транзистора первого ключевого элемента и вторым коллектором второго п-р-и-транзисторатриггера предыдущего разряда, базар-.1-р-транзистора первого ключевогоэлемента соединена с шиной нулевого потенциала, а эмиттер р-и-р-транзистора первого ключевого элемента вкаждом нечетном разряде подключен кпервой шине импульсного питания, ав каждом четном разряде подключен квторой шине импульсного питания,эмиттер трехколлекторного и-р-п-транзистора второго ключевого элемента вкаждом разряде подключен к шине нулевого потенциала, первый его коллекторподключен к первому коллектору первого и-р-и-транзистора триггера данного разряда, второй коллектор соединен с входом усилительного элемента,а третий его коллектор, кроме перво-го, соединен с первым коллекторомвторого и-р-п-транзистора триггерапредыдущего разряда, третий коллектор трехколлекторного и-р-и-транзистора в первом разряде подключен к коллектор первого р-и-р-транзистоа п рвого ключевого элемента соедн1432609 нен с вторым коллекторам первогои-р-и-транзистора первого разряда,базой трехколлекторного транзисторавторого ключевого элемента и выходампервого согласующего элемента, перИзобретение относится к вычисли=тельной технике, в частности к запо-минающим устройствам (ЗУ), и можетбькь составной частью БИС буферногоЗУ регистрового типа на совмещенныхп-р-п-р-транзисторных структурах(на инжекционных схемах),Цель изобретения - упрощение ре"гистра сдвига. 1 ОНа Фиг. 1 приведена электрическаясхема регистра; на Фиг, 2 - электрическая схема усилительного элемента;на Фиг. 3 - врсменные диагражгВ каждом 1-и разряде регистра 15(Фиг.1) первый 1 и второй 2 двухколлекторные п-р-п-транзисторы, охваченные перекрестной связью по первымколлекторам, и нагрузочный двухколлекторный р-и-р-транзистор 3 составляют -й триггер.База второго ключевого трехколлекторного и-р-и-транзистора 4 данного разряда соединена с коллекторомпервого одноколлекторкого р-и-ртранзистора 5 .и с вторыми коллекторами транзистора 1 данного разрядаи транзистора 2 предыдущего разряда.Эмиттеры транзисторов 1,2 и 4 и базытранзисторов 3 и 5 соединены с шиной 3 О6 нулевого потенциала.Коллекторы трехколлектсрнога транзистора 4 в каждом х-м разряде соединены с первым коллекторам транзистора 1 триггера х-го разряда, входам1-го усилительного элемента 7 и первым коллектором транзистора 2 триггера (1-1)-го разряда.Эмиттеры транзисторов 3 подключены к шике 8 постоянного питания. Эмит- Отеры транзисторов 5 в нечетных разрядах регистра соединены с первой шиной9 импульсного питания Ф а в четныхразрядах - с второй шиной 10 импульс,ного питания Ф,вый и второй коллекторы второго и-рп-транзистора триггера последнегоразряда подключены соответственно квыходу и входу третьего и четвертогосогласующих элементов. На левом конце регистра имеетсявход 11 "Запись", подключенный черезпервый согласующий элемент 12 (буфер) к базе транзистора 4, и выход13 (для наращивания емкости буферного ЗУ), подключенный через второйсогласующий элемент 14 к коллекторутранзистора 4. На правом конце регистра имеется вход 15 "Считывание",подключенный через третий согласую-.щий элемент 1 б к первому коллекторутранзистора 2 1-го разряда и выход17 "Готовность" подключенный черезчетвертый согласующий элемент 18к второму коллектору транзистора 2.Усилительный элемент 7 (фью.2)состоит иэ и-р-и-транзистора 19 инагрузочного р-и-р-транзистора 20,змиттер которого подключен к шине 8постоянногс инжекционного питания.База и-р-и-транзистора 19 являетсявходом усилительного элемента, а егоколлектор соединен с базой и-р-итранэистора 21 и резистором 22, подключенным к шине 23 питающего напряжения. Между базой и эмиттером транзистора 21 включен диод 24. Коллектор транзистора 21 подключен к шине23, а его эмиттер является соответствующим выходам регистра,На диаграммах обозначены импульсы напряжения а, Ь - фаз Фи Ф соответственно; с базы транзистора 4 1-гс разряда; Й - базы транзистора 1 (-1)-го разряда и совпадающего с ним по форме (для рассматриваемого рейма работы) напряжения базы транзистора 2 1-го разряда; е - базы транзистора 2 (1-1)-го разряда и аналогично базы транзистора 1 -го разряда; Е - базы транзистора 4 (-1)- гс разряда; е,Ь - соответственно на -м и (1+1)-и выходах регистра.Регистр работает следующим образом.По шине 8 через нагруэочные транзисторы 3 осуществляется инжекционное5 питание постоянным током транзисторов 1 и 2, а по шинам 9 и 10 регистр постоянно возбуждается двухфазными неперекрывающимися импульсами (или Фазами) Ф, , Ф, (фиг.2), диаграммы 10 а, Ъ), В каждом -м разряде значения постоянного 1 и импульсного 1 питаиющих инжекционных токов связаны соотношениемК 151 с -- 12 где К - коэффициент передачи тока повторому коллектору транзистора 1 (или 2).20Приведенное соотношение означает,что инжектируемый заряд отводитсяиз базы транзистора 4 на шину нуле-вого потенциала через транзистор 2(-1)-го или транзистор 1 -го разряда, если один из них открыт. Всостоянии "1" триггернаходится,когда транзистор 1 в нем открыт, атранзистор 2 закрыт.Регистр функционирует по следующему принципу: если при записи (считывании) по импульсу Ф (-1)-йтриггер переключился в "1" ("0"), аз.-й (а)-й ) установлен в "0" ("1"),то по следующему импульсу Ф на д-мвыходе регистра формируется импульс,переключая в "1" д-й триггер и в(-1)-й,В режиме хранения при частичнозаполненном буферном ЗУ соответствующие разряды в правой части регистра40установлены в "1", а разряды левойего части в "0". Все транзисторы 4регистра закрыты, поскольку инжектируемый в их базы по импульсам Ф, иФ заряд не накапливается, а отводится через один из двух (который открыт) и-р-и-транзистор. Из базы транзистора 4 1-го разряда инжектируемыйзаряд отводится через элемент 12.При записи нового слова в буферное50ЗУ инжектируемый поимпульсу Ф зарядбазы транзистора 4 1-го разряда неотводится, а накапливается в нем,вследствие чего транзистор открывается,1-й триггер переключается в 1пи 55на 1-м выходе регистра действуетимпульс, по которому входное слово записывается в первую числовую линейку(ЧЛ) накопителя буферного ЗУ. Затем по импульсу Ф инжектируемый заряд накапливается в базе транзистора 4 2-го разряда, транзистор открывается, переключая в " 1" 2-й триггер и возвращая в "0" 1-й, импульс действует на 2-м выходе регистра и т.д. Таким образом при записи с левого конца регистра заносится маркерная " 1", которая сдвигается по регистру, и, соответственно, по его выходам "пробегает" слева направо импульс, продвигающий занесенное слово по ЧЛ накопителя.Рассмотрим динамику формирования импульсов. Предположим, что маркерная "1", сдвигаясь по регистру, занеслась в (-1)-й триггер, а -й триггер установлен в "0". После этого по импульсу Ф база транзистора 4 в д-м разряде заряжается (фиг.2, диаграмма с), и при достижении порога (примерно 0,7 В) транзистор открывается и отводит заряд базы транзистора 1 (-1)-го триггера и транзистора 2 д-го триггера (фиг.2, диаграмма й), вследствие чего они закрываются. Разряд баз этих транзисторов характеризуется постоянной временигс, где с - емкость базы, а г - распределенное сопротивление базы транзистора 1 (или 2). Затем начинается более медленное наложение заряда в базах транзистора 2(-1)го и транзистора 1 -го триггеров, характеризуемоепостоянной времени=(г + г )с, где г - сбпротивление нагруэочного транзистора 3, поо величине соизмеримое с г.Когда потенциал баз транзистора 2 (-1)-го и транзистора 1 -го триггеров достигает порогового значения (фиг.2, диаграмма е), транзисторы открываются, через вторые коллекторы отводят заряд базы транзистора 4 -го разряда и он закрывается. Усилительный элемент отрабатывает импульс на третьем коллекторе транзистора 4 (который подобен импульсу на диаграмме Й) и формирует положительный импульс на -м выходе регистра (фиг.2, диаграмма ц). Учитывая, что с . 2 , а также то, что порог срабатывания расположен ближе к верхнему пределу рабочих напряжений (верхний уровень 0,7- 0,8 В, нижний 0,1-0,2 В) в базах и-р-и- транзисторов, можно заключить, что длительность формируемого импульсаопределяется суммарным временем заряда беэ транзистора 1 (илк 2) к транзистора 19 в усилительном элементеДальнейшее продвижение маркерной 1" происходит, если (1+1)-й триггер в "Осс. По Ф, происходит заряд базь 1 ТраНЗИСтора Ь, (С+сС)-Гс разряда(фиг,2, диаграмма ), и аналогичным образом Формируется импульс 1 а (г ь 1)=м 1( выходе регистра (фиг,2, диаграмма И, (.1)-й 1",и"гер переключается з1 , г-й Всзврашается в СНа временной диаграмме показана работа регксгра при двух з;.пксях под-,сРЯД ПОзтсМУ ПС СЧЕРЕ 1.сНОМ, 11:1 ПГУЛЬСУ Ф снова Г Оксхсд 11T заряд базы тран" зксторя е,;. - ." о ря-:,р:да (ф;.г,2, диаграмма с открытк его к разряд без трясЧЗИСтор С (Г,1 "Гс И 1 р сиэисОра 2 .-Го триггеров (111 Г 2,каграмг 1 Я Й)с а зЯтем ЗЯРЯД без тгсЯнзнстсРЯ 2 (1.-1)-го и транзисторас.- гс триггеров (фкс.2, диаграмма е,; вследст- ВИЕ ЧЕГО ПОСЛЕДНИЕ СГ 1 гРЫБЯЮТСЯ НЯ 1.-.М ВыхоДе формируется импульс (фкг,2,диаграмма д).Предположим, ч."О до этог О ГОЯНКЧ- ,."ь 1 Ь 1 бьгл;, .;-и триггерно когда "-й триггер гсереключклся а 1", "сс 1 сг:Н СТЯЬ 1 СБГстС сс ГРЯГсг,чнгмг,1 т Е, НЯ- сс" ъГс С г- ЪэСЕ с -.гЛЕДУсЯ 1 пГЕРссГсЕсс суг;агнг,вггС.Ь р 1".ЧСЭгС.СЧу ПО ОЧСредсОМу ИЬГгГучвгъу Ф Н г1 ,.) М вьсходе импульс не формируется (фпг,2, ДКЯГрамма 1 л), ,хзТаким образок, прв записи маркерная " 1" продвигается г:о регистру доГЕХ ПОР, ЛСКа НЕ ДОСТИГНЕТ ГРЯНК:сНОГС сРЯЗРЯДЯ а ДЛКТЕЛЬНОСтЬ фСРМИРУЕМОГО4 О импульса определяется Внутреннимиф Бремязадаю."ими цепями, в Основнсм -суммарным временем накопления зарядаВ базах и-р-и-транзистора 1 (или 2)и транзчстсра 19 усилительного элеМ Нта, В ИНЖЕКЦКОННЬХ СИСсЕ 1 ЧЯХ ЭТОвремя можно регулировать Б широких пределах, изменяя уровень тока инжекции, и 1 гож 11 О подобрать такую частоту фасвьгх кмпульсов, чтобы импульсы на вьГхсдах реГистра были БО времениЯ у 1 тлстнены т е, чтобы сксвЧЯнке импульса на 1-м выходе совпадало с Кача.ГГСМ КМПУГ 1 ЬСЯ На (1+ 1) М, ДЛИТЕЛЬ- ности импульсов Ф и Ф не являют"я критичньплг сни могут сыт;- укбрсчен- З 5(наром на диаграммах а,с).ИККК 11 альная дпитсльнссть импульса фязь 1 огределяется временем заряда Лазы транзистора 4, а затем разряда через его коллекторы баэ транзисторов 1 к 2, гсссгсе этого ток инжекции г.с данной фазе может бьсть прекрягцен, поскольку в не- нагруженном транзисторе заряд Б ба-.енекоторое Время ссхра 1-;я:т;:я,С 111 ТЫБЯНГ 1 Е 11 РС 11 эволсКТСЯ 1:С КМГ 1 УЛЬСУ Ф ЗаГЕСЕНКЕ 1 МагК г;С -С "Осс 1 с чсг 1 разряд регистра. Пс еле .,сстергс: чмл"льсу Ф, формируется импульс на 1 ,., сс г сс1м е Г с Бых сд е э ;1е р е к1:Оч я е т с л4(1-1 с-к триггер, в1 в.сзвряггаетсясс ,с1,1 с Ннфор 11 аиИС 11 НОЕ СЛСГО ИЗ,1-1 "й11 зансс 1" ся Б -ю. Зале:.; Пс имлульСу ф, аналСГКЧПЬгМ; ЛБЯЗС 1.1 СормноуЕТlсгя сг слчг Н с 1-, М ЧыкодЕ сГ дсс".;сГСКЕСНЯ=С.ПРСДБИГЯЕТСЯ Пс РЕГЬ.- СТРЧ; С 1 ЕХ ПОР, сОх: НЕ ДОСТИГ;.-г т гЯч 1 Ч 1 огс разсряГЯ ф с",.СЛИ Грг" Нс" ЧНЫ "1 бьч; -й разряд,с то с.с переключаетсясБ Г с лсс.ле чего ГР, .Чнсг 1 сЯнсвкт;.я уже +1)-й, Згс. Та,сй цикл массив ХСЯНИМЫХ СЗ У ДЯЕНЬВ; Яви сгЕТСЯ На Сцн 11 Л К БЫХОЛу, Фа;ЬргронгнгЕ ИМГГсГЛЬССГ БНрг сснМИ В д Ег 1 я З Я. СЯ 1 СПс 1 МИ ПЕПБьск происходит тяк:се, как и при запиВ стру:гуре регкс:"са заложено нацвжНОЕ БрЕ 11 ЕНКСЕ ра:дЕЛЕНИЕ БпусрЕН-.ЛИХ Снг ЧЯЛОВ, К,АСЬ 1 й -РКГГЕР ЛЕРЕКЛЮсс ртг сБ Д К1 ;11-;,ЧЭНЬ - ,С :СаояМ Ь 1 Ь 1 ГЧЛЬСЫ На 1 БУХ СОСЕ 1 НИХ ВЫХСЦГХрегистра так же асср 1 чгрлстся пс Оазным фазам и не г:ерекрываются. вследствие этого не возникает сквсзньгх переносов и кснфликтньг:. СБтуаций 1 риСДНСВРЕМЕННСМ СЧИТЬсваигги К ЗЯПИСКЗапись к считывание Бсэмсжны лс кяждс= ъгу кмпул ьст ФЯ РЕГКге ГРЕ сЕТ НЕг.СХОДИ 11 ОСггн ИМЕТЬ установочную цепь типа Начальный сброспоскольку под действием фаз В правой части регистра всегда наКаГЛИВЯЮТСя 1, а В ЛЕВОс .сяСТК сзссс сс сс Чтобы подготовить рес-истр к работе необходимо после включения литания ПОДЯТЬ СЕРсиср К 1 Г 1 УЛЬСОБ СЧ 1 с с Ь 1 БЯНКЕсс ,К 7 ЕМ СЯМЫ 1/ ОЧИСТИТЬ ЧЕгсСТСДля нарашивг.ь 1 ия емкости буферногочу вход 15 и выход 1/ прдыдущегсрегистра соединяются соответственнос Выходом с 3 и Входом 1" псследующеОПредлагаемый регистс упрощен, псСКОЛЬКУ В КЯ 1 КДО 11 РаЗРЯДЕ СОг:.ЕРжнтггсмкмс усилителгного элемента, Бсе. о1432699 фиг. Я три п-р-и-транзистора и совмещенныес ними нагрузочные р-п-р-транзисторы.Упрощение, достигнутое эа счет совмещения функциональных узлов регистра, обеспечивается благодаря использованию особых свойств инжекционныхи-р-и-р-транзисторных структур: возможности регулирования в широкихпределах задержки срабатывания и-р-итранзисторов (и,в частности, триггерных структур, не нарушая при этомих устойчивости) и удобства составления логического элемента простым объединением двух выходов на одинвход - базу п-р-п-транзистора.Упрощение регистра позволяет значительно увеличить емкость буферного ЗУ. Расчетный вариант буферногоЗУ (по стандартной технологии "Изо"планар" с 4-мкм-транзисторами), со"держащего предлагаемый регистр и 10 регистровый накопитель: емкость4 кбит (организация 512 х 8 разрядов),максимальная частота фаэ (записисчитывания) 8 ИГц, длительность импульсов Ф Ф 50-60 нс..Романенко едактор В.Петра ираж 590 каз 5450 писное роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,ВПИИПИ Государственного по делам изобретений3035, Москва, Ж, Рауш омитета ССС открытийая наб., д,