DE1159018B

DE1159018B - íÀWeder-NochíÂ -Schaltung

Info

Publication number: DE1159018B
Application number: DEO8190A
Authority: DE
Original assignee: Olivetti SpA
Current assignee: Olivetti SpA
Priority date: 1960-07-29
Filing date: 1961-07-28
Publication date: 1963-12-12
Also published as: GB907656A; US3207920A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine »Weder-Noch«- Schaltung mit einer Ausgangs-Tunneldiode, die einen ersten und einen zweiten Spannungszustand besitzt und die gleichzeitig mit einem Erregerstrom und einem durch Eingangssignale erzeugten Steuerstrom gespeist wird, wobei die Umschaltung der Ausgangs-Tunneldiode aus dem ersten in den zweiten Spannungszustand davon abhängt, ob der Steuerstrom einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt oder nicht. ίο

Auf dem Gebiete der elektronischen Rechen- und Datenverarbeitungsmaschinen sind bereits logische Schaltungsanordnungen bekannt, die Tunneldioden als bistabile Schaltelemente benutzen. Insbesondere ist eine logische Schaltung bekannt, die eine Tunneldiode mit einem ersten und einem zweiten Spannungszustand verwendet, die gleichzeitig mit einem Erregerstrom und einem durch Eingangssignale erzeugten Steuerstrom gespeist wird, wobei die Umschaltung der Tunneldiode aus dem ersten in den zweiten Zustand davon abhängt, ob der Steuerstrom einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet oder nicht.

Es ist ebenfalls bekannt, daß man eine Umkehrstufe erhalten kann, indem man eine Tunneldiode und einen Ohmschen Widerstand in Reihe schaltet und an eine konstante Spannungsquelle anlegt.

Durch passende Zusammenschaltung eines ODER-Tores mit einer Umkehrstufe erhält man eine Weder-Noch-Stufe, deren besonderer Vorteil darin besteht, daß man durch Zusammenschaltung einer Vielzahl solcher gleichartiger Stufen praktisch jede beliebige logische Funktion ausführen kann. Eine solche Weder-Noch-Stufe besitzt jedoch den Nachteil, daß sie nicht unmittelbar vom Ausgang einer davorliegenden gleichartigen Stufe betätigt werden kann.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei einer »Weder-Noch«-Schaltung der eingangs gekennzeichneten Art eine Eingangs-Tunneldiode, deren Spitzenstrom kleiner als der Spitzenstrom der Ausgangs-Tunneldiode ist, zwischen einer Stromquelle und der Ausgangs-Tunneldiode in Reihe geschaltet ist, daß während der ersten Phase eines mehrphasigen Arbeitszyklus sowohl ein Speisestrom von der Stromquelle als auch Eingangssignale von einer Anzahl von mit der Eingangs-Tunneldiode verbundenen Eingangsklemmen durch die Eingangs-Tunneldiode geliefert werden, wobei die Eingangs-Tunneldiode unter der Steuerung der Eingangssignale ohne Rückwirkung auf die Ausgangs-Tunneldiode > Weder-Noch «-Schaltung

Anmelder:
Ing. C. Olivetti & C, S.p. A., Ivrea (Italien)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Müller-Börner,

Berlin 33, Podbielskiallee 68,

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München 22,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Italien vom 29. Juli 1960 (Nr. 13 599)

von einem ersten in einen zweiten Spannungszustand umgeschaltet wird, daß während der zweiten Arbeitsphase sowohl der Speisestrom von der Stromquelle als auch ein Erregerstrom von einer an den Verbindungspunkt zwischen der Eingangs-Tunneldiode und der Ausgangs-Tunneldiode angeschlossenen Erregerstromquelle geliefert werden, wobei der die Ausgangs-Tunneldiode über die Eingangs-Tunneldiode speisende Steuerstrom von dem Spannungszustand der Eingangs-Tunneldiode abhängt, und daß während der dritten Arbeitsphase sowohl der Speisestrom wie Erregerstrom unterbrochen werden, um die beiden Tunneldioden in ihren ersten Spannungszustand zurückzustellen.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Strom-Spannungs-Kennlinien für ein Paar von Tunneldioden, wie sie in der erfindungsgemäßen »Weder-Noch«-Schaltung zur Verwendung gelangen,

Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen »Weder-Noch«-Schaltung,

Fig. 3 und 4 Details aus anderen Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 5 ein Zeitdiagramm einiger in der »Weder-Noch«-Schaltung nach Fig. 2 auftretender Signale,

Fig. 6 eine »Weder-Noche-Schaltung, die aus einer Vielzahl von logischen Schaltungsstufen zusammengesetzt ist.

Die Stromspannungskennlinie einer Tunneldiode T₁ oder T₂ (s. Fig. 1) weist in der Richtung steigender

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Spannungen V einen ersten Bereich mit positivem nung. Der Spitzenstrom I_{0 2} der Diode T₂ ist niedriger

Widerstand auf, einen zweiten Bereich mit negativem als der Spitzenstrom I_pl der Diode T₁.

Widerstand und ferner einen dritten Bereich mit Die zyklische Arbeitsweise der logischen Schal-

wiederum positivem Widerstand. Die Koordinaten tungsanordnung wird durch eine geeignete Synchro-

des Grenzpunktes zwischen dem ersten und zweiten 5 nisierungsvorrichtung, z. B. einen Zähler, gesteuert.

Bereich werden als Spitzenstrom I_p und Spitzenspan- Jeder Zyklus setzt sich dabei aus drei Phasen F₁, F₉

nung V₁, bezeichnet, die Koordinaten des Grenzpunk- und F₃ zusammen. Innerhalb eines jeden Zyklus

tes zwischen dem zweiten und dritten Bereich dagegen (s. Fig. 5) wird die Klemme 6 während der ersten

als »Talstrom« I_v und »Talspannung« V_v. und zweiten Phase auf einem Potential + V_A gehal-

Die »Weder-NoclK-Schaltung nach der Erfindung 10 ten und während der dritten Phase auf dem Poten-

besteht aus einer Ausgangs-Tunneldiode T₁ (Fig. 2), tial 0. Die Klemme 13 wird während der zweiten

die von einem Unterspannungszustand in einen Ober- Phase auf einem Potential + V_B gehalten, während

spannungszustand umgeschaltet werden kann, um an der ersten und dritten Phase dagegen auf dem Poten-

einer Ausgangsklemme 1 entsprechende Ausgangs- tial 0.

signale zu erzeugen, wenn gleichzeitig ein Erregungs- 15 Die Eingangssignale werden an die Klemmen 2, 3 strom von einer Erregerstromquelle B, 12 und ein und 4 nur während der ersten Phase angelegt, dage-Steuerstrom von einer Eingangs-Tunneldiode T₂ auf- gen wird das Ausgangssignal an der Klemme 1 nur gebracht werden, wobei die Umschaltung der Diode T₂ während der zweiten Phase erhalten, aus dem ersten in den zweiten Zustand davon abhängt, Vor dem Zeitpunkt t_± (Fig. 5) ist die Spannung an ob der Steuerstrom einen vorbestimmten Schwell- 20 den Klemmen 6 und 13 gleich 0, und die Eingangswert überschreitet oder nicht. klemmen befinden sich in ihrem »O«-Zustand, wobei Diese Diode T₂ liegt zwischen einer Stromquelle Λ, die Spannung der Dioden T₁ und T₂ ebenfalls Null 5 und der Diode T₁ und ist derart angeordnet, daß ist. Wenn zum Zeitpunkt J₁ die erste Phase beginnt, sie durch Erregung von Eingangssignalen an den Ein- wird an die Klemme 6 die Spannung V_A gelegt, wogangsklemmen 2, 3, 4 von einem Unterspannungs- 25 bei durch die Dioden T₁ und T₂ ein Strom fließt, der zustand in einen Oberspannungszustand umgeschaltet wenig kleiner als der Spitzenstrom I_P2 der Diode T₂ werden kann, um wahlweise einen hohen oder nied- ist: die Dioden T₁ und T₂ bleiben daher in ihrem rigen Steuerstrom an die Diode T₁ anzulegen, wobei »O«-Zustand. Vorausgesetzt, daß die Eingangssignale der hohe oder niedrige Steuerstrom über bzw. unter den »O«-Zustand haben, bleiben beide Dioden wähdem vorbestimmten Schwellwert liegt. 30 rend der ersten Phase in ihrem »O«-Zustand.

Die Anordnung zur Erzielung dieser Funktions- Wenn im Zeitpunkt t₂ die zweite Phase beginnt, weise wird im folgenden in ihren Einzelheiten be- wird an die Klemme 13 die Spannung V_B angelegt, schrieben. Dadurch fließt ein Erregerstromimpuls durch den Die Diode T₂ ist in Serie mit einem Widerstand 5 Widerstand 12 und durch die Diode T₁ und übergeschaltet, dessen Klemme 6 an die Spannungs- 35 lagert sich dort dem Steuerstrom, der von der Stromquelle A gelegt ist. Die daraus erfolgende Strom- quellet, 5 durch die Diode T₂ zufließt, quelle A, 5 liefert wiederkehrende Impulse konstanter Die Amplitude dieses Erregerstroms ist derart geAmplitude. Die Eingangsklemmen 2, 3 und 4, drei im wählt, daß der resultierende Strom durch die Diode vorliegenden Beispiel, sind einzeln über je einen T₁ ihren Spitzenstrom I₁,₁ überschreitet: Demzufolge Widerstand 7, 8 bzw. 9 mit dem Verbindungspunkt 40 wird die Diode T₁ in ihren »1 «-Zustand umgeschal-10 zwischen der Diode T₂ und dem Widerstand 5 tet, in welchem sie bis zum Zeitpunkt i₃ bleibt, in verbunden, derart, daß sie wahlweise einen Strom dem die dritte Phase beginnt. Es wird daher wähdurch die Dioden T₁ und T₂ erzeugen, der mit dem rend der zweiten Phase ein Ausgangssignal entspre-Strom von der Quelle A derart zusammenwirkt, daß chend dem Binärzeichen »1« an der Ausgangser die Diode T₂ umschaltet, ohne gleichzeitig die 45 klemme erhalten.

Diode T₁ zu beeinflussen. Während der dritten Phase F₃ fallen die an die Der Verbindungspunkt 11 zwischen den Dioden T₂ Klemmen 6 und 13 gelegten Spannungen auf Null, wound T₁ ist über einen Widerstand 12 und dessen durch die Diode T₁ auf ihren »0«-Zustand zurück-Klemme 13 mit der Quelle B für die Erregungs- gestellt wird. Die Diode T₂ bleibt während des gan-Stromimpulse verbunden, die wiederkehrende Im- 50 zen Zyklus im »0«-Zustand.

pulse konstanter Amplitude erzeugt. Derselbe Ver- Während der ersten Phase F₁' des nächstfolgenden bindungspunkt 11 ist außerdem unmittelbar mit der Zyklus wird wiederum die Spannung V_A an die Ausgangsklemme 1 verbunden, an der die durch Klemme 6 gebracht, wobei der Widerstand 5 von einen Widerstand R dargestellte Last angeschlos- einem Strom I_A durchflossen wird, der nur wenig niedsen ist. 55 riger als der Spitzenstrom I₁,₂ der Diode T₂ ist. Es wird fernerhin angenommen, daß die Dioden T₁ Wird nun angenommen, daß eines der Eingangsgangssignale den logischen »0«-Zustand darstellen, signale, z. B. das Signal an der Eingangsklemme 4, wenn ihr Spannungswert im wesentlichen nicht über einen positiven »1«-Wert besitzt, dann fließt ein der Spitzenspannung V_pl der Diode T₁ liegt. Dagegen Strom von der Klemme 4 durch den Widerstand 9 wird als logischer »1«-Zustand bezeichnet, wenn der 60 und durch die Dioden T₁ und T₂. Durch passende Spannungswert dieser Signale im wesentlichen nicht Wahl des Wertes des Widerstandes 9 kann der sich niedriger als die Talspannung V_V1 der Diode T₁ liegt. ergebende Strom, der der Summe aus dem besagten Es wird fernerhin angenommen, daß die Dioden T₁ Strom und dem Strom I_A durch die Dioden entspricht, und J₂ als im »0«-Zustand befindlich sind, wenn ihre derart bemessen werden, daß er den Spitzenstrom I_n Spannung V_Tl bzw. V_T2 nicht merklich ihre jewei- 65 der Diode T₂ übersteigt, wodurch diese in ihren »1«- lige Spitzenspannung überschreitet, dagegen als in Zustand geschaltet wird, ohne daß dabei der Spitzenihrem »1 «-Zustand befindlich, wenn ihre Spannung strom I_pl der Diode T₁ überschritten wird, die somit nicht merklich niedriger ist als ihre jeweilige Talspan- in ihrem »0«-Zustand verbleibt.

Wenn während der ersten Phase mehr als ein Eingangssignal einen positiven »!«-Wert besitzt, wird die Diode T., in genau derselben Weise in den »1 «-Zustand geschaltet. Da die Diode T₂ vom Zustand »0« in den Zustand »1« geschaltet wird, vergrößert sich das Potential des Punktes 10.

Demzufolge ziehen, sobald die Eingangssignale zu ihrem »O«-Zustand zurückkehren, die Widerstände 7, 8 und 9 einen Teil des durch den Widerstand 5 fließenden Stromes I_A ab, wodurch der durch die Diöden T₂ und T₁ fließende Steuerstrom verringert wird. Dies bedeutet aber, daß während der zweiten Phase F₂ der Steuerstrom niedriger ist als der an die Diode T₁ während der zweiten Phase des vorhergehenden Zyklus gelieferte Steuerstrom, so daß während der Phase F₂' der durch die Spannung V_B an die Klemme 13 gelieferte Erregerstromimpuls zusammen mit dem besagten niedrigeren Steuerstrom einen Strom durch die Diode T₁ ergeben, der nicht zu ihrer Umschaltung ausreicht. Daher bleibt die Diode T₁ in ihrem »O«-Zustand und erzeugt hierdurch ein NuIlwert-Ausgangssignal.

Während der dritten Phase F₃' werden die an die Klemmen 6 und 13 angelegten Spannungen vorübergehend auf Null gebracht, wodurch die Diode T₂ auf ihren »O«-Zustand zurückgestellt wird. Die Diode T₁ bleibt während des ganzen Zyklus in ihrem »0«- Zustand.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung läßt sich wie folgt zusammenfassen:

Wenn während der ersten Phase wenigstens ein Eingangssignal den »1«-Wert besitzt, so hat das in der zweiten Phase erzeugte Ausgangssignal den Wert »0«. Wenn sämtliche Eingangssignale den Wert »0« haben, so hat das Ausgangssignal den Wert »1«. Man erhält somit die logische Funktion einer »Weder-Noch«-Schaltung.

Andere logische Funktionen können dadurch erhalten werden, daß man die Diode T₂ derart anordnet, daß sie nur auf das Auftreten einer vorbestimmten Kombination von Eingangssignalen anspricht.

Es wurde bereits früher angedeutet, daß, wenn während der ersten Phase die Diode T₂ in den »1«- Zustand geschaltet worden ist, ein Teil des durch den Widerstand 5 fließenden Stromes I_A durch die Widerstände 7, 8 und 9 abgezogen wird, wenn die Eingangssignale am Ende dieser Phase auf ihren Nullwert zurückkehren. Die sich hieraus ergebende Verringerung des Steuerstromes durch die Diode T₁ ist notwendig, um zu verhindern, daß sie durch den Steuerstromimpuls während der zweiten Phase umgeschaltet wird.

Um eine unerwünschte Zurückschaltung der beiden Dioden zu vermeiden, sollte jedoch der durch T₁ und T₂ fließende Strom in diesem Falle nicht unter den Talstrom sinken. Ein derartiger Stromabfall könnte in einer Schaltung mit einer großen Anzahl von Eingangsklemmen auftreten. Er kann aber auch in einem solchen Fall vermieden werden, indem man Dioden 14 und 15 (Fig. 3) mit den Widerständen 7 und 8 in Reihe schaltet, wobei aber wenigstens ein Widerstand 9 ohne eine solche Seriendiode verbleibt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man zwar Dioden 14, 15 und 16 (Fig. 4) in Reihe mit sämtlichen Eingangswiderständen 7, 8 und 9 schaltet, aber gleichzeitig den Punkt 10 über einen passend gewählten Widerstand 17 erdet.

Es ist auf diese Weise einleuchtend, daß bei einer logischen Schaltungsanordnung von der beschriebenen Art jede Eingangsklemme 2, 3 und 4 unmittelbar mit der Ausgangsklemme eines davorliegenden Kreises und daß gleicherweise die Ausgangsklemme 1 unmittelbar mit einer Eingangsklemme eines oder mehrerer nachfolgender Kreise verbunden werden kann. Es lassen sich somit logische Netzwerke aufbauen, die aus einer Vielzahl von gleichartigen logischen Schaltungselementen gebildet sind.

Da in der beschriebenen Schaltungsanordnung das Ausgangssignal in der zweiten Phase erhalten wird, während die Eingangssignale in der ersten Phase angelegt werden, muß der Arbeitszyklus eines jeden Kreises jeweils gegenüber dem des jeweils davorliegenden Kreises um eine Phase verzögert sein.

So müssen beispielsweise im Netzwerk nach Fig. 6, das aus den sechs logischen Kreisen 101, 102, 103, 104, 105 und 106 besteht, die zweite Phase der Kreise 101 und 105, die erste Phase des Kreises 102, die dritte Phase des vorhergehenden Zyklus der Kreise 103 und 106 und die zweite Phase dieses vorhergehenden Zyklus des Kreises 104 zeitlich zusammenfallen. Werden die durch die Stromquellen A, 5 und B, 12 an die Kreise 101, 104 und 105 gelieferten Impulse mit den Bezugszeichen A und B (Fig. 5) gekennzeichnet, so sind die entsprechenden Impulse für den Kreis 102 die mit A' und B' bezeichneten und und für die Kreise 103 und 106 die mit A" und B" bezeichneten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. »Weder-NocliÄ-Schaltung mit einer Ausgangs-Tunneldiode, die einen ersten und einen zweiten Spannungszustand besitzt und die gleichzeitig mit einem Erregerstrom und einem durch Eingangssignale erzeugten Steuerstrom gespeist wird, wobei die Umschaltung der Ausgangs-Tunneldiode aus dem ersten in den zweiten Spannungszustand davon abhängt, ob der Steuerstrom einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangs-Tunneldiode (T₂), deren Spitzenstrom kleiner als der Spitzenstrom der Ausgangs-Tunneldiode (T₁) ist, zwischen einer Stromquelle (A, 5) und der Ausgangs-Tunneldiode (T₁) in Reihe geschaltet ist, daß während der ersten Phase eines mehrphasigen Arbeitszyklus sowohl ein Speisestrom von der Stromquelle (A) als auch Eingangssignale von einer Anzahl von mit der Eingangs-Tunneldiode (T₂) verbundenen Eingangsklemmen (2, 3, 4) durch die Eingangs-Tunneldiode (T₂) geliefert werden, wobei die Eingangs-Tunneldiode (T₂) unter der Steuerung der Eingangssignale ohne Rückwirkung auf die Ausgangs-Tunneldiode (T₁) von einem ersten in einen zweiten Spannungszustand umgeschaltet wird, daß während der zweiten Arbeitsphase sowohl der Speisestrom von der Stromquelle (A) als auch ein Erregerstrom von einer an den Verbindungspunkt zwischen der Eingangs-Tunneldiode (T₂) und der Ausgangs-Tunneldiode (T₁) angeschlossenen Errege rstromqu eile (B, 12) geliefert werden, wobei der die Ausgangs-Tunneldiode (T₁) über die Eingangs-Tunneldiode (T₂) speisende Steuerstrom von dem Spannungszustand der Eingangs-Tunneldiode (T₀) abhängt, und daß während der

dritten Arbeitsphase sowohl der Speisestrom wie Erregerstrom unterbrochen werden, um die beiden Tunneldioden (T₁, T₂) in ihren ersten Spannungszustand zurückzustellen.

2. »Weder-NochÄ-Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausgangsklemme, die unmittelbar an den Verbindungspunkt zwischen Eingangs-Tunneldiode und Ausgangs-Tunneldiode angeschlossen ist.

3. Netzwerk aus einer Anzahl von »Weder-Noch«-Schaltungen mit zyklischer Arbeitsweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangsklemme eines beliebigen Kreises unmittelbar mit der Ausgangsklemme eines vorhergehenden Kreises verbunden ist und daß zu jedem Zeitpunkt die Arbeitsphase eines jeden Kreises jeweils seiner Stellung im Netzwerk entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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