DE1132748B

DE1132748B - Halbaddierer mit Tunneldioden

Info

Publication number: DE1132748B
Application number: DES72770A
Authority: DE
Inventors: Dr Karl Euller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-03-01
Filing date: 1961-03-01
Publication date: 1962-07-05

Description

Halbaddierer mit Tunneldioden Eine Schaltungsanordnung zur Addition von zwei Binärzahlen muß bekanntlich folgende Bedingungen erfüllen:

Erster Zweiter Summe Übertrag

Eingang

Eingang

0 0 0 0

1 0 1 0

0 1 1 0

1 1 0 1

Derartige Schaltungen sind unter dem Namen »Halbaddierer« bekannt und werden im allgemeinen aus einem Koinzidenzgatter, einem Mischgatter und einem Sperrgatter aufgebaut. Es sind auch Halbaddierer mit Magnetkernen bekannt, bei denen die obige Bedingungen durch geeignete Verknüpfung der Magnetkerne bei verhältnismäßig geringem Aufwand erreicht wird.
Für sehr hohe Rechengeschwindigkeiten scheiden Halbaddierer mit Magnetkernen schon wegen der vergleichsweise großen Ummagnetisierungszeiten aus.
Weiterhin sind logische Grundschaltungen (wie Koinzidenzgatter, Mischgatter, Sperrgatter) mit Tunneldioden bekannt.
Der Halbaddierer gemäß der Erfindung gestattet sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeiten und zeichnet sich durch besonders einfachen Aufbau aus. Gemäß der Erfindung sind ein Mischgatter und ein Koinzidenzgatter vorgesehen und unter Verwendung je einer Tunneldiode in bistabiler Schaltung mit definierter Ruhelage als bewertendes Glied aufgebaut und ist der Ausgang des Koinzidenzgatters mit der nicht mit den Eingängen des Mischgatters verbundener Elektrode der Tunneldiode des Mischgatters verbunden. Durch die Verwendung von Tunneldioden als bewertende und gleichzeitig verstärkende Glieder ergeben sich bekanntlich höchste Arbeitsgeschwindigkeiten, da neben Tunneldioden nur noch Widerstände benötigt, werden. Außerdem wird kein Sperrgitter benötigt, da die Tunneldiode des Mischgatters auch die Funktion des Sperrgatters übernimmt.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Tunneldiode des Koinzidenzgatters über einen mit ihrer Kathode verbundenen Widerstand in Ruhezustand auf einen Arbeitspunkt im höherohmigen Kennlinienbereich und die Tunneldiode des Mischgatters über einen mit ihrer Anode verbundenen Widerstand in Ruhezustand auf einen Arbeitspunkt im niederohmigen Kennlinienbereich eingestellt. Der mit der Kathode der Tunneldiode des Koinzidenzgatters verbundene Widerstand ist in zwei Widerstände aufgeteilt und ihr Verbindungspunkt mit der Kathode der Tunneldiode des Mischgatters verbunden.
Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der' Zeichnung erläutert.
In Fig. 1 ist mit 1 die Stromspannungskennlinie einer Tunneldiode bezeichnet. Schließt man die Tunneldiode über einen geeignet bemessenen Vorwiderstand an eine geeignete Vorspannung an, so ergibt sich die Arbeitsgerade 2, die die Kennlinie 1 der Tunneldiode in den beiden stabilen Arbeitspunkten A und B schneidet. Der Arbeitspunkt A liegt im niederohmigen Kennlinienbereich, der Arbeitspunkt B im vergleichsweise höherohmigen Kennlinienbereich. Die Umschaltung zwischen den beiden Arbeitspunkten ist durch kurzzeitige Erhöhung bzw. Erniedrigung der an der Tunneldiode abfallenden Spannung möglich.
Fig.2 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Die Tunneldiode TD 1 ist über die beiden Vorwiderstände R 6 und R 7 gemäß Fig. 1 eingestellt. Sie befindet sich im Ruhezustand in dem höherohmigen Arbeitspunkt B. Die Tunneldiode TD 2 ist über die Widerstände R 7 und R 8 ebenfalls entsprechend Fig.1 eingestellt. Sie befinden sich jedoch im Ruhezustand im niederohmigen ArbeitspunktA. An den Eingängen E 1 und E 2 werden die zu addierenden binären Informationen, zugeführt. Eine binäre »1« ist dabei durch eine positive Spannung, eine binäre »0« durch fehlende Spannung gekennzeichnet. Falls an der Eingangsklemme E 1 oder E 2 eine binäre »1«, d. h. positive Spannung anliegt, so wird über den Widerstand R 4 oder R 5 die Tunneldiode TD 2 von dem niederohmigen Arbeitspunkt A in den höherohmigen Arbeitspunkt B umgeschaltet. An der Klemme S' tritt eine Spannungserhöhung auf und kennzeichnet die binäre Summe als »1«. Über den Widerstand R 1 oder R 2 gelangt die an der Klemme E 1 oder E 2 anliegende positive Spannung an die Kathode der Tunneldiode TD 1. Diese Kathode ist über einen Widerstand R 3 an eine negative Spannung angeschlossen. Die Widerstände R 1, R 2 und R 3 sowie diese negative Spannung sind so gewählt, daß, falls nur an einer Eingangsklemme E 1 oder E 2 positive Spannung anliegt, die Spannung an der Kathode der Tunneldiode TD 1 nur so weit erhöht wird, daß: die Tunneldiode TD 1 nicht von dem höherohmigen Arbeitspunkt D in den niederohmigen Arbeitspunkt A umgeschaltet wird. An der Ausgangsklemme Ü tritt also keine Spannungserhöhung auf, d. h., der übertrag ist Null.
Befindet sich die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 wieder im Ausgangszustand, und liegen nunmehr an beiden EingangsklemmenE1 und E2 jeweils eine binäre » 1«, d. h. jeweils eine positive Spannung an, so steigt die Spannung an der Kathode der Tunneldiode TD 1 so stark an, daß diese Tunneldiode von dem höherohmigen Arbeitspunkt B in den niederohmigen Arbeitspunkt A kippt. Der Stromfluß durch die Widerstände R 6 und R 7 erhöht sich also sprunghaft, und an der Ausgangsklemme Ü tritt nunmehr eine positive Spannung auf, d. h., der Übertrag ist »1«. Auch an dem Verbindungspunkt der Widerstände R 6 und R 7 tritt eine Spannungserhöhung auf. Dadurch wird die Betriebsspannung für die Tunneldiode TD 2 so weit erniedrigt, da.ß diese Tunneldiode nicht mehr über die Widerstände R 4 und R 5 in den höherohmigen Arbeitspunkt B umgeschaltet werden kann. An der Ausgangsklemme S' tritt also keine Spannungserhöhung auf, d. h., die Summe S' ist »0«.
Wie ersichtlich; erfüllt die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung sämtliche eingangs erwähnten Forderungen an einen Halbaddierer.
Da die Tunneldioden in bistabiler Schaltung betrieben werden, kippen sie nicht von selbst in die Ausgangslage zurück, sondern müssen zurückgestellt . werden. Das Zurückstellen der Tunneldiode TD 1 in den höherohmigen Arbeitspunkt B ist durch kurzzeitige Erhöhung der an dieser Tunneldiode abfallenden Betriebsspannung, das Zurückstellen der Tunneldiödre TD,2 in den niederohmigen Arbeitspunkt A durch kurzzeitige Erniedrigung der an dieser Tunneldiode abfallenden Betriebsspannung möglich. Beispielsweise kann der Anode der Tunneldiode TD 1 und der Kathode der Tunneldiode TD 2 je ein positiver Impuls bestimmter Mindestamplitude zugeführt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Halbaddierer für hohe Arbeitsgeschwindigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischgatter und ein Koinzidenzgatter unter Verwendung je einer Tunneldiode (TD 2, TD 1) in bistabiler Schaltung mit definierter Ruhelage als bewertendes Glied aufgebaut sind und der Ausgang des Koinzidenzgatters mit der nicht mit den Eingängen des Mischgatters verbundenen Elektrode der Tunneldiode (TD 2) des Mischgatters verbunden ist.
2. Halbaddierer nach Anspruch 1, dadlurch gekennzeichnet, daß die beiden Eingangsklemmen (E1, E2) des Halbaddierers über je einen Widerstand (R 1, R 2) mit der Kathode der Tunneldiode (TD 1) des Koinzidenzgatters und über je einen weiteren Widerstand (R 4, R 5) mit der Anode der Tunneldiode (TD 2) des Mischgatters verbunden sind.
3. Halbaddierer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunneldiode (TD 1) des Koinzidenzgatters über einen mit ihrer Kathode verbundenen Widerstand (R 6 -i- R 7) im Ruhezustand auf einen Arbeitspunkt (B) im höherohmigen Kennlinienbereich und die Tunneldiode (TD 2) des Mischgatters über einen mit ihrer Anode verbundenen Widerstand (R8) im Ruhezustand auf einen Arbeitspunkt (A) im niederohrnigen Kennlinienbereich eingestellt ist.
4. Halbaddierer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Kathode der Tunneldiode (TD 1) des Koinzidenzgatters verbundene Widerstand in zwei Widerständen (R 6, R 7) aufgeteilt und ihr Verbindungspunkt mit der Kathode der Tunneldiode (TD 2) des Mischgatters verbunden ist.
5. Halbaddierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe an der Anode der Tunneldiode (TU') des Mischgatters und der Übertrag an der Kathode der Tunneldiode (TD 1) des Koinzidenzgatters abgenommen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: »Proc. of the I. R. E.«, Januar 1961, S. 140, 141.