Инжекционный динамический элемент

"ВД Калмыкова аявитель Таганрогский р ЕКЦИОННЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ ЭЛЕ(54 1Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для построения .цифровых логических устройствИзвестен динамический элемент,;содержащий триггер с непосредственным коллекторно-базовыми связями на первом и втором биполярных транзисторах, базы которых через токоэвдвкюцие резисторы соединены с шиной питания, а коллекторы являются выходами устройства. Эмиттер второго транзистора соединен с общей шиной, перВый эмиттер первого 1 гранэис тора соединен с шиной синхронизации и с базой третьего транзистора, эмиттеры которого соединены с остальными эмиттерами первого транзистора и подключены к входам. Коллекторы третьего и первого транзисторов соединены между собой 1К недостаткам данного устройства следует отнести значительную рвбсфгу 2 переключения, свойственную всем схемам ГТЛ, большую плошадь, занимаемую устройством на кристалле, необходимость изолирования каждой транзисторной струйипа батуры, что усложняет.и удорожает технологию.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является динами -ческий логический элемент, содержащийдва многоколлекторных транзистора т11-р- и с перекрестными коллекторнозовыми связями, базы которых подключены к коллекторам токозвдаюшего трав- Озистора р-в-р типа, база которого соединена с эмиттервми многоколлекторноготранзистора, коллектором ключевого транзистора 11 -ртипа и анодом фиксирутощего диода, катод которого подключенк обшей шине, эмиттеру юпочевого транзистора и катоду диода Шоттки, анодкоторого подключен к коллектору первогомногоколлекториого транзистора, базаключевого транзистора подключена к первой твеговой шине, базы инжектирующихтранзисторов типа р-р подключены каноду фиксирующего диода, а эмнттерык второй тактовой шине, коллектор вто.рого инжектируюшего транзистора подклю 9837314 О чен к входам устройства и эмиттеруперехватывающего транзистора р-П-р типа, база которого подключена к анодуфиксирующего диода, а коллектор к базепервого многоколлекторного транзистора, . 5эмиттер токозадаюшего транзистора подключен к базе ключевого транзистора, анезадействованные коллекторы многоколлекторных транэисгоров подключены квыходам устройства 210Недостатком известного устройстваявляется сложная система синхронизациии плохая технологичность изготовленияиэ-за необходимости изолирования каждой логической ячейки от ей подобной накристалле.Целью изобретения является упрощениесистемы синхронизации и улучшение технологичности изготовления,Поставленная пель достигается тем,что в устройство, содержащее бистабильную ячейку на первом и втором многоколлекторных транзисторах типа и -р- Пс перекрестными коллекторно-базовыми связями, базы которых соединены соответственно с коллекторами инжектируюшего ипереинжектируюшего транзисторов типар-П-р, базы которых соединены с эмиттерами многоколлекторных транзисторов,Ключевой транзистор типа П-р-П, база ко- ЗОторого соединена с управляющим входом,а эмиттер - с общей шиной, незадейство-,в анные коллекторы многоколлекторныхтранзисторов подключены к выходам устройства, введен буферный транзистор ти- З 5па П-р-П, база которого соединена с информационным входом, вторым коллектором первого многоколлекторного транзистора и коллектором соответствующегоинжектирующего транзистора, эмиттерподключен к общей шине, а коллектор кбазе первого многоколлекторного транзистора и первому коллектору ключевоготранзистора, база которого подключенак коллектору соответствующего инжектируюшего транзистора, а второй коллектор - к эмиттеру переинжектируняцеготранзистора и коллектору соответствующего инжектирующего устройства, базыинжектируюших и переинжектируюших 50транзисторов подкпючены к общей шине,а эмиттеры инжектируюших транзистсьров - к шине питания, а также введеныдополнительные инжектируюшие и буферные транзисторы, причем коллекторы дополнительных инжектирукзцих транзисторов подключены к дополнительным информационным входам устройства, соответствуюшим незадействованным коллекторам первого многоколлекторного транзистора и базам соответствующих буферных транзисторов коллекторы и эмиттеры которых соединены соответственно с базой первого многоколлекторного транзистора и ббщей щиной, эмиттеры и базы дополнительных инжектируюших транзисторов подктпочены соотвественно к шине питания и обшей шине.На фщ. 1 приведена принципиальная схема йредлагаемого устройства; на фиг, 2 - орин из вариантов топологии устройства; на фиг, 3 - принципиальная схема динамического элемента с расширенными функциональными возможностяУстройство содержит многоколлекторные транзисторы 1 и 2 типа П-р-П, образующие триггер с непосредственными связями, ключевой транзистор 3 типа П-р-П, буферный транзистор 4 типа П-р-, переинжектируюший транзистор 5, типа р-п-, р, эмиттер которого образован-областью 6, инжектирующие транзисторы 7- 10 типа р-п-р, эмиттеры которых соединены с шиной питания 11, информационные и управляющие входы 12 и 13, прямые и инверсные выходы устройства 14 и 15, группу 16 из пар дополнительных инжектируюших и ключевых транзисторов.Выполнено устройство следующим образом, В полупроводниковую пластину кремния П -типа, являющуюся подложкой и соединенной с общей шиной, методами интегральной технологии введены инжектор (р-область) 11, соединенный с шиной питания и пять р-областей (фиг, 2) 1-6, которые совместно с инжектором и подложкой образукгт инжектируквяе р-р транзисторы 7-13, а р-области 6 и 2 совместно с подложкой образуют переинжектирующий транзистор 5, Области кремния П гипа, введенные в -области 1-4, совместно с подложкой П типа и данными ) -областями образуют вертикальные П-р-П транзисторы под теми же номерами, причем П -области выполняют роль коллекторов, а подложка образует эмиттеры всех П-р- П транзисторов. Дополнительной изоляции между транзисторными структурами не требуется, Площадь, занимаемая устройством на кристалле, определяется площадью Р-областей (в основном), а функции, выполняемые каждой областью, интегрированы (совмешены) .В И Л эа логический нуль ("3") принимается напряжение на любом коллекторе, открытого транзистора. Если транэис31 6тем самым информационное входы 12,от устройства. Следовательно, на выходах 14 динамического элемента устанав- ливаюгся логические О, а на выходах 15 - логические 1, Очередной импульс на шине синхронизации приведет к стира-, нию информации в триггере аналогично. Если же в данный момент времени на все информационные входы 12 поданы погические 1, то ток, инжектируемый нжектирукзцим транзистором, 7, открывает буферный тиристор 4. При переклюФ нии сигнала на шине синхронизации в ло- " гический О, закрывается ключевой транзистор 3 и своими коллекторами снимает блокировку токов питания триггера, Однако ток коллектора 8 транзистора перехваты-вается коллектором открытого буферного; транзистора 4, и многоколлекторный трай зистор 1 остается в закрытом состоянии. Ток, инжекгируемый инжектирукзцим тра- зистором 8 через переинжектируквций . транзистор 5 втекает в базу второго многоколлекторного транзистора 2 и открывает последний, который одним иэ своих коллекторов блокирует первый мнсн. гоколлекторный транзистор 1. Таким об разом, изменение сигналов на информационных входах 12, йриводяшие к закры 4 ванию буферного транзистора 4, не могут изменить состояние триггера, на выходах 14 динамического элемента устанавливается логическая 1, а на выходах15 - логический О.Предлагаемое устройство (фиг. 1) реализует динамический метод кодирования информации и логические функции И (на выходвх 14) и И-НЕ (на выходах 16)в положительной логике, Допашительные входы управления без затрат оборудования позволяют расширжь функциональные возможности, т.е. устройство приобретает свойство длительного сохранения результата обработки при подаче хотя бь 1 одного логического .О на управляющие входы 13, при всех логических 1 устрой ство становится логическим элементом иреагирует на входные информационные сигналы по сигналам синхронизации, Предлагаемое устройство обладает физической и функциональной полнотой. В сравнении с известным, имеет простую систему синхронизации (всего одна шина синхронизации, вместо двух в известном устройстве, причем сигналы на шине синхронизации аналогичны сигналам в тракте обработки, т.е. информационным). Кро ме того, плошадь, занимаемая устройством на Врио.йвше, сокращена примерно 5 9537тор закрыт, то на его коллекторах -логические единицы ("1").Инжекционный динамический элемент(фиг, 1) работает следующим образом.Сигнал синхронизации (единичный им-пульс, следующий с постоянной частотойповторения) подается на один из входов13 управления. На остальные входы 13управления подаются (могут подаваться)сигналы с других узлов сажной схемы, 10в которой данный элемент является составной частью (для организации логической фунапщ не только по информационным;,а и по входам управления), Если же сигналы управления (кроме синхроимпульсов) Ине подаюгся (связи отсутствуют), тоэто равносильно подаче на базу ключевого транзистора логических ф 1 ", которйене влияют на работу устройства,Таким образом, при наличии логических "1" на шине синхронизации (на всехвходах управления логических "1"), ток,инжектируемый инжектируюшим транзистором 10 в базу, ключевого транзистора 3, смешает в прямом направлении 23база-эмиттерный переход последнего иприводит к его открыванию, Коллекторыоткрытого ключевого транзистора 3 перехватывают токи, инжектируемые инжектируклцими транзисторами 8 и 9, З 0там самым включая (закрывая оба многоколлекторные транзисторы 1 и 2 трщ .гера, на прямых и инверсных выходахкоторого устанавливаются логические"1. Пусть хотя бы на одном из информа-Зционных входов 12 присутствует логический О, тогда ток, инжектируемый инжек"тируюшим транзистором 7 отводится давным входом из базы буферного транзистора 4, и, следовательно, последний закрыт. Если теперь произойдет переюпочение сигнала на шине синхронизации налогический О, то это.приведет к закрыванию ключевого транзистора 3, Токи,инжектируемые инжектируюшими транзисторами 8 и 9, устремятся к базаммногоколлекторных транзисторов 1 и 2триггера. Но поскольку на пути тока вбазу второго многокоплеюгорного транзистора 2 имеется задержка в виде переинжектируюшего транзистора 5, пер-.вый многоколлекторный транзистор 1.имеет преимушества в открывании и, открывшись, своим коллектором удеркивает.второй многоколлекторный транзистор2 в закрытом состоянии, Второй коллекИтор первого многоколлекторного транзистора 1 шунтирует базу буферноготранзистора 4 на общую шину, отсекая2. Элемент по п.1, о т л и ч а ю -ш и й с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, введены дополнительные инжектирующие ибуферный транзисторы, причем коллекторыдол опнительных инжектирующих транзисторов подключены к дополнительным информационным входам устройства, соответствующим незадействованным коллекторам первого многоколлекторного транзистора и базам соответствующих буферных транзисторов, коллекторы и эмиттеры которых соединены соответственно с базой первого многоколлекторного транзистораи общей шиной, эмиттеры и базы дополни.тельных инжектирующих транзисторовподключены соответственно к шине питания и общей шине.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 571909, кл. Н 03 К 19/08, 1977,2. Авторское свидетельство СССР(прототип),7 98373на 15%, улучшена технологичность (нетребуется дополнительной изоляции ячеекв тракте обработки), что повлечет за собой, во-первых, увеличение плотности,компановки, во-вторых, удешевление процесса изготовления за счет сокращенияопераций и, в-третьих, позволит повыситькоэффициент выхода годных в процессе производства БИС на элементах данного типа.Работа динамического элемента с рас- ,1ширенными функциональными возможностями (фиг. 3 и 4) аналогична. работе описанного устройства с той разницей, чгов схему введены дополнительные вертикальные буферные транзисторы типа й "р-и, 1 фв базовых цепях которых включены источники токов на дополнительных горизонтальных инжектирующих. транзисторахтипа р-л-р).В базовой р-области любого из дополнительных буферных транзисторов выполняется логическая функция,Путем объединения входов, и объединением коллекторов дополнительных буферных транзисторови их подключением к коллектору буферного фтранзистора 4 можно собрать данныефункции по ИЛИ. Для обеспечения работывведенных дополнительных ключевых транзисторов и "отключения информационныхвходов от схемы при логическом 0 на . З 0шине синхронизации введены связи баз. каждого из данных транзисторов с однимиз коллекторов первого многоколлекторного транзистора, триггера. Таким образом, динамический элемент с расширен- Ззньяи 4 ункциональными возможностямиреализует логическую функцию И-ИЛИ//И-ИЛИ-НЕ.Элементы динамического типа органически сочетают в себе столь разнохарактерные функции как хранение и логическаяобработка и с одинаковым успехом могутбыть использованы для создания как комбинационных так и последовательностныхсхем, Наличие синхронизации на каждой 4 зступени (в каждом элементе) позволяетполностью избавиться от проблемы фгонок" при создании сложных устройствцифровой обработки информации, повыситьпомехозащищенность, упростить проекти- щрование и отладку а также повыситьпроизводительность обрабатывающихсгруктур организацией конвейерного принципа обработки,Ф ормул а изобретения И1. Инжекционный динамический элемент, содержащий бисгабильную ячейку,на первом и втором многоколлекторных транзисторах типа П -р- р с перекрестнйми коллекторно-базовыми связями, базы которых соединены соответственно с коллекторами инжектирующего и переинжектирующего транзисторов типа о -п-., базы которых соединены с эмиттерами многоколлекторных транзисторов, ключевойтранзистор типа й-р-П, база которого соединена с управляющим входом, а эмит тер с обшей шиной, незадействованные коллекторы многоколлекторных транзисторов подключены к выходам устройства, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что; с целью упрощения системы синхронизации и улучшения технологичности изготовления, в него введен буферный транзистор типа Я -р-й, база которого соединена с информационным входом, вторым коллектором первого многоколлекторного транзистора и коллектором соответствующего инжектирующего транзистора, эмиттер подключен к общей шине, а коллектор - к базе первого многоколлекторного транзистора, и первому коллектору ключевого транзистора, база которого подключена к коллек-. тору соответствующего инжектирующего устройства, а второй коллектор - к эмиттеру переинжектируюшего транзистора и коллектору соответствующего инжектирующего транзистора, базы инжектирующих и переинжектирующего транзисторов подключены к общей шине,а эмиттеры инжектирующих транзисторов- к шине питания.. Цицика. Текред К.Мьщьо рректор И. М едакт 6293/81 Тираж 959ВНИИПИ Госудапо делам1 13035; Москва одпис коеа ССС рстиенного комитет Ризобретений и открытий